新型3自由度过约束并联机构静刚度研究

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少自由度并联机构理论和实验研究是近年来国内外机器人领域中十分重要的研究方向和前沿技术。静刚度是指机构在受到静态负载作用后仍能保持现有位置的性能。当机构刚性不足时,会产生大变形、精度降低、在高速移动时产生巨大的振幅值等问题,因此,对机构进行静刚度的分析是非常必要的。本文研究的主要内容以新构型UP+SPU+SPR并联机构为基础研究机构刚度。首先,分别建立并联机构动平台、静平台的参考坐标系,在此基础上,对该机构进行了运动分析。然后按照限制条件来决定该机构的主要参数,应用蒙特卡洛法对机构工作区进行建模得到工作空间。其次,建立并联机构的静刚度解析模型。因支链会产生轴向和扭矩,则需要将两部分变形拆开计算。利用虚功原理等方法对机构各支链的构件进行静刚度分析,利用线性叠加法得到支链刚度。之后,再运用同样方法获得整体的静刚度模型。确定一种刚性性能指数,来表示该机构的刚性性能。通过对指标的分析,利用粒子群算法对机构优化以达到最优解。然后,建立机构的三维模型,并对其进行了相应的简化。选取适当材料,在ANSYS中进行有限元分析,在机构末端施加相同的力和绕着不同轴的等值扭矩来获得机构的变形情况,比对结果并计算误差。最后,由于轴间还存在耦合关系,影响控制性能,惯量耦合特性会降低机构的动态性能,严重影响了并联机构的使用。所以在动力学模型的基础上,提取惯量耦合特性指标,通过惯量耦合特性的数值仿真,分析得到各驱动轴的惯量耦合趋势。
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