【摘 要】
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经济全球化推动制造业蓬勃发展,也因此推动了国内外研究者对机构学的研究热情。串联机构和并联机构分别成为热门的机构学研究对象。串联机构的基本原理已经逐渐走向成熟,商业应用十分广泛。并联机构作为机构学的“后起之秀”,仍具有很大的研究潜力,各项理论还需完善。半个世纪以来,以Gough-Stewart机构为代表的6自由度并联机构为研究对象,学界和产业界取得了丰硕的成果。然而6自由度并联机构各支链运动耦合度高
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经济全球化推动制造业蓬勃发展,也因此推动了国内外研究者对机构学的研究热情。串联机构和并联机构分别成为热门的机构学研究对象。串联机构的基本原理已经逐渐走向成熟,商业应用十分广泛。并联机构作为机构学的“后起之秀”,仍具有很大的研究潜力,各项理论还需完善。半个世纪以来,以Gough-Stewart机构为代表的6自由度并联机构为研究对象,学界和产业界取得了丰硕的成果。然而6自由度并联机构各支链运动耦合度高,正解求解十分繁琐,对控制单元和执行单元要求极高,因此造价高昂。为了寻找更合适的机构用做运动模拟器,本文将串联机构和并联机构比较,选择以并联机构设计一种运动模拟器。基于车辆在路面的运动特征并结合当下并联机构的发展动态,本文优选出一种少自由度并联机构,作为运动模拟器,该机构构型为2RPS/2UPS。分别对2RPS/2UPS并联机构的自由度、构型、运动学、工作空间进行了分析,最后将该并联机构应用于运动模拟器并进行了有限元分析。结果表明将2RPS/2UPS并联机构应用于运动模拟器具备可行性。第一,对2RPS/2UPS并联机构自由度和方位特征集进行分析,同时对于机构驱动副的选择也进行了相关分析,最终确定了该机构合理的输入选取;根据空间机构基本运动链理论,对机构进行耦合度分析,得到该机构的耦合度。最后利用螺旋理论分析并联机构受到的约束,结合修正的Grübler-Kutzbach公式对2RPS/2UPS并联机构自由度进行分析。第二,对并联机构进行运动学分析,通过封闭矢量法建立机构位置反解方程组,利用牛顿-拉弗森迭代法进行了机构位置正解分析。利用虚设机构法建立了并联机构的一、二阶影响系数矩阵,得到了机构输入空间对工作空间速度和加速度的线性映射。通过Adams View软件建立2RRS/2UPS机构模型,再利用微分法和Adams View运动学仿真进行了数值验证,确定了一阶影响系数矩阵的正确性。最后基于Adams View软件对机构进行了逆运动学仿真,得到各支链位移、速度和加速度的空间变化曲线图。仿真结果表明机构的运动曲线光滑连续,几乎不产生突变。第三,分析了对机构工作空间产生影响的因素。使用Monte Carlo法对2RPS/2UPS并联机构的工作空间进行分析,绘制了求解步骤图,并借助MATLAB软件编辑相关程序,求解得到该并联机构的工作空间点集图。接着对机构进行了性能指标分析。第四,将2RPS/2UPS并联机构应用于运动模拟器,并绘制其工作简图。对2RPS/2UPS并联运动模拟器进行有限元分析,内容包括模态、静力学、动力学分析,得到了机构频率、应力应变等数据。该分析为并联机构模拟器的实际应用提供充分的理论支撑。图[82]表[9]参[73]
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