论文部分内容阅读
并联机构由于相对串联机构具有更高的精度、刚度和承载能力等优点,特别是少自由度并联机构,在诸多领域具有广泛的应用前景。然而并联机构也具有工作空间小且存在奇异等缺点,限制了其应用。采用冗余驱动的并联机构可减少或消除一些常规并联机构无法避免的缺点,同时又不减弱原并联机构的优点。但现有的冗余驱动并联机构的研究更多是对单个机构的研究,还缺乏对冗余并联机构新构型的系统综合。因此,本文以少自由度冗余驱动并联机构为研究对像,研究了该类型机构的综合方法,并优选了部分新机型。提出了一种基于克莱因映射理论的线矢相关性判断方法,将射影几何理论引入到并联机构的奇异研究理论分析中,得出力线矢与力偶任意组合时发生线性相关性通用计算公式及线矢空间的几何关系,得到了可用于判断任意力线矢与力偶组合的线性相关性的方法。利用该方法对几类少自由度并联机构的内部奇异进行分析,该方法为并联机器人奇异理论研究提供了理论依据,也是机构优选的理论依据。利用螺旋理论,提出一种冗余驱动并联机构机型构造的新方法。对冗余驱动并联机构的冗余驱动支链的类型进行综合,并对支链安装位置、安装支链条数进行了理论分析。综合出3R、2T1R、3R1T、2R2T、3R2T和3T2R六类支链型冗余驱动并联机构的新机型,该新机型能够有效降低并联机构在运行过程中出现的非预期运动,例如可以有效的规避奇异位形,还可以提高并联机构的驱动力、刚度及灵巧度等性能指标。综合出一类基于无约束支链的冗余驱动并联机构,9种少自由度类型全部包括在内。通过不同支链的约束组合及添加数量不同的无约束支链,构造出了大量的冗余驱动并联机构,如3-UPU/SPS,4-SPS/RZPZUXY,3-RPUR/SPS等冗余驱动并联机构,这些机构可以完全避免内部奇异。利用构造完整的雅可比满秩矩阵综合机构的方法,可以计算出驱动螺旋以任意角度输入时,灵巧度、刚度的最小奇异值的力矩阵与力矩矩阵的通用计算公式。根据该方法可得到灵巧度与刚度性能最优的冗余驱动支链组合,为冗余驱动并联机构性能优选提供了理论依据。通过Ansys对综合的冗余驱动支链并联机构进行仿真,并运用Matlab对冗余驱动支链的力矩阵与力矩矩阵的条件数进行了求解,找到添加不同支链时并联机构的灵巧性的大小关系。通过理论与仿真研究,本文综合出若干灵巧度与刚度最优的冗余驱动并联机构新机型。