论文部分内容阅读
中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0064-02
0 引 言
本文对盾构管片拼装机的微调机构3-SPS-S的结构进行分析，运用新一代多体动力学软件RecurDyn，建立其运动学与动力学模型，并进行仿真研究。
1 并联机构的结构描述
1.1 机构描述
3-SPS/S并联机构由定平台、动平台、三条运动支链和一条中间约束链组成。对于其中一条运动支链来说，自下而上依次为球副、移动副和球副。对于中间约束链来说，其下端与定平台固定、上端与动平台以球副连接。其结构参数如下定平台半径为520mm，动平台半径为400mm，厚度均为40mm，定平台与动平台之间的高度470mm，初始杆长为390mm。如图1所示。
1.2 自由度的計算
2 并联机构的运动学仿真
该机构为盾构管片拼装机的微调机构。在盾构管片拼装机完成对管片的粗定位后，需要由该机构带动管片偏转、仰俯、横摇，从而达到精确定位。
在PRO/E中建立该机构的模型，保存成*X_T的格式，然后导入新一代多体动力学软件RecurDyn中。按照实际机构的要求进行约束的添加。对于三条运动支链，自下而上依次添加球副、移动副（、球副。对于约束链，在和动平台连接部位添加球副。
运用CMotion命令，把驱动函数添加到动平台质心上。设置仿真参数，仿真时间为15s，步数为300，进行仿真。在仿真结束后，测量三条运动支链质心的位移、速度、加速度随时间变化曲线，如图2到图4所示
通过对测得的3-SPS-S并联机构三条支链的位移、速度和加速度曲线研究，可以看出其曲线变化平稳，无位置突变。在动平台按给定的三个动作进行转化之间过渡平稳、迅速，与期望的结果一致。由此可知，该机构具有良好的运动学性能。
3 机构的动力学学仿真
并联机构的动力学研究包括机构动力学模型的建立、受力分析、惯性力计算、动力平衡、动力响应等方面，其中动力学模型的建立是诸多动力学问题中最重要的一个方面。在一定载荷作用下，当动平台按照规定轨迹运动时，各驱动支链的受力也将随之变化。在整个运动过程中各支链受力变化是否平缓，力的大小是否合乎要求，对于机构设和实际控制有着重要的意义。
利用在运动学仿真中得到的三条支链质心位移随时变化的曲线数据，导入RecurDyn生成Spline曲线。通过AKISPL函数添加到三条运动支链的移动副中。三个AKISPL函数分别为： AKISPL（time，0，Spline1，0）；AKISPL（time，0，Spline2，0）；AKISPL（time，0，Spline3，0）。其中，AKISPL为近似拟合函数，AKISPL（first independent variable， second independent variable， Spline name， derivative order）前两参数为自变量，一般以时间为第一个自变量，第二个自变量设为0，Spline name是所需调用的样条的名字，derivative order为样条阶数，设为零时，返回的是样条曲线坐标值。
根据实际工况，对动平台施加一个大小为30000N的轴向力。其它仿真设置与运动学仿真相同。
进行动力学仿真，仿真结果如图5到图7所示
通过对该机构三条运动支链及中间约束链的力随时间变化曲线、扭矩随时间变化曲线研究，可以发现该机构所受载荷大部分由中间约束链承担，三条运动之链所受力及扭矩较小。说明驱动该机构，只需对三条运动之链施加较小的力即可。由此可以看出该机构具有良好的动力学性能。
4 总结
（1）运用新一代多体系统动力学仿真软件RecurDyn虚拟仿真技术，建立了一种并联机构运动学逆解快速求解方法。通过此种方法可以避免复杂的数学计算，方便、快捷的解决并联机构运动学相关问题。在产品设计的初始阶段应用该方法，可以快速的对所拟用的方案进行运动学模拟，查看设计中所出现的问题，从而对方案进行改进，有效地缩短了产品研发周期。
（2）本文运用上述方法对3-SPS/S并联机构进行运动学与动力学仿真分析，研究发现该机构运动平稳、可靠，并具有良好的动力学性能。
参考文献
[1] 于淑政，冯继刚，崔国华，韦 斌.3UPS-1S并联机构的运动学分析[J].河北工程大学自然版，2011，28（3）：97-99.
[2] 王南，张莉婷，郝莉红.空间3-UPU/UPU型并联机构机构分析与刚度分析[J].河北工程大学自然版，2012，29（3）：85-87.
[3] 蔡自兴.机器人学[M]，清华大学出版社，2009年9月第二版.
0 引 言
本文对盾构管片拼装机的微调机构3-SPS-S的结构进行分析，运用新一代多体动力学软件RecurDyn，建立其运动学与动力学模型，并进行仿真研究。
1 并联机构的结构描述
1.1 机构描述
3-SPS/S并联机构由定平台、动平台、三条运动支链和一条中间约束链组成。对于其中一条运动支链来说，自下而上依次为球副、移动副和球副。对于中间约束链来说，其下端与定平台固定、上端与动平台以球副连接。其结构参数如下定平台半径为520mm，动平台半径为400mm，厚度均为40mm，定平台与动平台之间的高度470mm，初始杆长为390mm。如图1所示。
1.2 自由度的計算
2 并联机构的运动学仿真
该机构为盾构管片拼装机的微调机构。在盾构管片拼装机完成对管片的粗定位后，需要由该机构带动管片偏转、仰俯、横摇，从而达到精确定位。
在PRO/E中建立该机构的模型，保存成*X_T的格式，然后导入新一代多体动力学软件RecurDyn中。按照实际机构的要求进行约束的添加。对于三条运动支链，自下而上依次添加球副、移动副（、球副。对于约束链，在和动平台连接部位添加球副。
运用CMotion命令，把驱动函数添加到动平台质心上。设置仿真参数，仿真时间为15s，步数为300，进行仿真。在仿真结束后，测量三条运动支链质心的位移、速度、加速度随时间变化曲线，如图2到图4所示
通过对测得的3-SPS-S并联机构三条支链的位移、速度和加速度曲线研究，可以看出其曲线变化平稳，无位置突变。在动平台按给定的三个动作进行转化之间过渡平稳、迅速，与期望的结果一致。由此可知，该机构具有良好的运动学性能。
3 机构的动力学学仿真
并联机构的动力学研究包括机构动力学模型的建立、受力分析、惯性力计算、动力平衡、动力响应等方面，其中动力学模型的建立是诸多动力学问题中最重要的一个方面。在一定载荷作用下，当动平台按照规定轨迹运动时，各驱动支链的受力也将随之变化。在整个运动过程中各支链受力变化是否平缓，力的大小是否合乎要求，对于机构设和实际控制有着重要的意义。
利用在运动学仿真中得到的三条支链质心位移随时变化的曲线数据，导入RecurDyn生成Spline曲线。通过AKISPL函数添加到三条运动支链的移动副中。三个AKISPL函数分别为： AKISPL（time，0，Spline1，0）；AKISPL（time，0，Spline2，0）；AKISPL（time，0，Spline3，0）。其中，AKISPL为近似拟合函数，AKISPL（first independent variable， second independent variable， Spline name， derivative order）前两参数为自变量，一般以时间为第一个自变量，第二个自变量设为0，Spline name是所需调用的样条的名字，derivative order为样条阶数，设为零时，返回的是样条曲线坐标值。
根据实际工况，对动平台施加一个大小为30000N的轴向力。其它仿真设置与运动学仿真相同。
进行动力学仿真，仿真结果如图5到图7所示
通过对该机构三条运动支链及中间约束链的力随时间变化曲线、扭矩随时间变化曲线研究，可以发现该机构所受载荷大部分由中间约束链承担，三条运动之链所受力及扭矩较小。说明驱动该机构，只需对三条运动之链施加较小的力即可。由此可以看出该机构具有良好的动力学性能。
4 总结
（1）运用新一代多体系统动力学仿真软件RecurDyn虚拟仿真技术，建立了一种并联机构运动学逆解快速求解方法。通过此种方法可以避免复杂的数学计算，方便、快捷的解决并联机构运动学相关问题。在产品设计的初始阶段应用该方法，可以快速的对所拟用的方案进行运动学模拟，查看设计中所出现的问题，从而对方案进行改进，有效地缩短了产品研发周期。
（2）本文运用上述方法对3-SPS/S并联机构进行运动学与动力学仿真分析，研究发现该机构运动平稳、可靠，并具有良好的动力学性能。
参考文献
[1] 于淑政，冯继刚，崔国华，韦 斌.3UPS-1S并联机构的运动学分析[J].河北工程大学自然版，2011，28（3）：97-99.
[2] 王南，张莉婷，郝莉红.空间3-UPU/UPU型并联机构机构分析与刚度分析[J].河北工程大学自然版，2012，29（3）：85-87.
[3] 蔡自兴.机器人学[M]，清华大学出版社，2009年9月第二版.