3-rcu型并联机构结构尺寸优化及运动特性分析

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1、分类号_____________________密级__________________UDC__________________学号________硕士学位论文ThesisforMastersDegree论文题目3-RCU型并联机构结构尺寸优化及运动特性分析申请学位类别工学硕士专业名称机械电子工程研究生姓名李雅琼朱大昌教授导师姓名、职称二〇一五年六月分类号：密级：UDC：学号：硕士学位论文3-RCU型并联机构结构尺寸优化及运动特性分析OptimalStructuralSizeandAnalysisofMotionChara

2、cteristicfor3-RCUParallelmanipulator学位类别：工学硕士作者姓名：李雅琼学科、专业：机械电子工程研究方向：微纳制造及装备技术指导教师：朱大昌教授2015年5月29日学位论文独创性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含己获得江西理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示谢〇申请学位

3、论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。研究生签名：隹破、时间：>〇/r年r月^日学位论文版权使用授权书本人完全了解江西理工大学关于收集、保存、使用学位论文的规定：即学校有权保存按要求提交的学位论文印刷本和电子版本，学校有权将学位论文的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。本人允许本学位论文被查阅和借阅，同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，并通过网络向社会公众提供信息服务。保密

4、的学位论文在解密后适用本授权书签字日期：年i■月上今日签字曰期：^年：T月曰江西理工大学硕士学位论文摘要摘要并联机构是机构学方向的热点课题之一。它在医疗科学、生物、航天航空等领域都有广阔的应用前景。本文的研究对象是3-RCU型并联机构，该机构由三条完全相同的RCU支链构成，它在空间中能实现三个方向的运动。本文主要分析了该研究对象的运动学和微运动学、奇异位形、工作空间、可视化运动仿真和其控制系统的设计。利用传统的计算空间并联机构自由度的方法和螺旋的方法分别计算了该研究对象的自由度，两种方法得出的结果都是该研究对象有三个自由度，

5、验证了所用方法的正确性。基于螺旋理论对该研究对象的运动情况进行了分析，得出该研究对象有一个沿Z轴方向的移动。分别建立该研究对象的驱动模型和约束模型，得到能反映出该研究对象输入到输出之间位置关系的驱动方程和约束方程。采用微分近似的算法对该研究对象的微分运动学进行了分析，得到该研究对象在微动情况下输入和输出之间的映射关系。计算出该研究对象的约束雅可比矩阵、运动雅克比矩阵和整体雅克比矩阵，基于奇异位形的判断准则分析了该研究对象处于约束奇异和运动奇异的条件和种类。得出在以该研究对象圆柱副中的移动副为主动副时，发生约束奇异有4种情况，

6、发生运动奇异有25种情况。通过对该研究对象建立模拟框图，输入适当的驱动参数，对其进行模拟，并编写程序收集该研究对象动平台中心点经过的所有点的集合，使这些点在同一个三维坐标系中显示出来，分析了该研究对象尺寸优化前后所得工作空间点集图的情况。得出在尺寸优化前所得的工作空间点集图比较零散，跳跃幅度大，尺寸优化后所得的工作空间点集图比较密集。利用Simmechanics对该研究对象进行可视化运动仿真，验证了之前分析的运动结果的正确性，检验了该研究对象能正常运动，并且各个支链之间不会发生干涉现象。利用Matlab软件对该研究对象进行控

7、制系统设计，通过添加PID控制并对其参数进行适当调适。得到增加K的值和减小K的值时，对该控制系统的不同影响效果。并以控制效果比PI较好的位置变化图作为该研究对象动平台的位置跟踪图。本文的研究工作有助于该研究对象的动力学分析及其样机的设计和研发，同时，也为研究类似的并联机构提供了理论基础。关键词：3-RCU型并联机构;微分运动学;奇异位形;工作空间;PID控制IAbstractAbstractParallelmechanismisoneofthehottopicsinthefieldofmechanism.Ithasawide

8、applicationprospectinthefieldofmedicalscience,biology,aerospaceetal.Thispaperchieflyfocusesonthe3-RCUparallelmechanism.Itiscomposedofthreeidentic