新型四自由度并联机构的性能分析与设计方法研究

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1、分类号：学校代码：10066密级：学号：03M080312019新型四自由度并联机构的性能分析与设计方法研究ResearchonPerformanceAnalysisandDesignMethodofaNovelFourDOFParallelMechanism作者姓名：姜子强导师(职称)：李永刚副教授许立新副教授一级学科：机械工程学科(专业)：机械设计及理论年级：2012级提交论文日期：2015年3月学位授予单位：天津职业技术师范大学I独创性声明声明：本人所呈交的学位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。

2、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，也不包含为获得天津职业技术师范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作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津职业技术师范大学有关保留、使用学位论文的规定，特授权天津职业技术师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，允许论文被查阅和借阅。同意

3、学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日II摘要由于并联机构具有承载能力强、结构刚度大和运动精度高的特点，加之近些年少自由度并联机构研究的进一步深入，本文提出了一种新型四自由度并联机构2RRS-2RUS机构。系统的分析了机构的正逆解、工作空间、运动性能与尺度综合、传动性能与奇异位形、逆动力学等问题，以上分析研究为该机构的进一步设计研究提供了理论指导。论文主要内容如下：1)借助闭环矢量法构造了2RRS-2RUS并联机构

4、的运动学模型，得到了该机构的位置逆解方程；由于机构的半对称性，在正解建模时采用机构的一半进行分析，利用Slverster结式矩阵，求得了该机构的正解解析解，并给出数值算例和相应的位姿模型图。2)采用单开链法分析各支链运动的工作空间，由单支链运动所得到的工作空间的交集，求得位置和位姿工作空间，然后借助边界搜索法得到了该机构的可达工作空间，并分析了位姿参数对该工作空间的影响，此外借助完整雅可比矩阵的行列式为零的约束条件，求解出工作空间产生奇异的边界。3)建立了无量纲齐次雅克比矩阵，然后根据以齐次雅克比矩阵的条件数作为运动性能

5、评价指标，得到条件数在工作空间内的变化规律。然后以全域均值条件数为尺度综合的评价指标，以动平台半径为标准化因子，得到了全域均值随各杆的尺寸的变化规律。4)根据螺旋理论，建立了运动/力映射模型。借助虚拟系数，得到两类奇异位型发生时的满足条件。利用归一化虚拟系数，提出了三种关于2RRS-2RUS并联机构的传动性能指标，并给出数值算例。5)基于影响系数法建立了2RRS-2RUS并联机构的一阶和二阶影响系数，得到各关节速度与加速度的表达式。然后利用牛顿欧拉法建立了该机构动平台和各支链的的逆运动学方程。6)通过实例分析得到各杆件和

6、关节的速度与加速度变化规律，然后定义运动轨迹后，仿真得到该机构的驱动力矩和约束反力。最后进行电机参数的预估，确定电机选择的正确性。关键字：并联机构，正逆解，性能指标，尺度综合，逆动力学IIIAbstractCombinetheparallelmechanism’smeritsofstrongbearingcapacity,stiffnessandhighprecisionmovementwithfurtherresearchonlower-mobilityparallelmechanisminrecentyears,th

7、ispaperproposesanewfourDOFparallelmechanism,thatis,the2RRS-2RUSparallelmechanismandmainlyanalyzesforwardandinversesolution,workspace,motionperformanceanddimensionsynthesis,transmissionperformanceandsingularconfigurationandinversedynamics,whichprovidetheoreticalgu

8、idanceforfurtherdesignandresearchofthismechanism.1)Thekinematicmodelof2RRS-2RUSparallelmechanismisbuiltbythehelpofclosedlooplossmethodandtheequationofinverseso