实现给定轨迹的平面五杆可控机构的研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着信息技术的进步和全球化制造技术的发展，企业为了提高自身的竞争力，要求配置效率更高和成本更低的加工设备，而传统机床在未来的加工业中会遇到难以克服的困难。因此探索和研究一种现代化机床具有十分重要的意义。平面五杆可控机构具有结构简单，输出轨迹丰富等显著特点，以五杆机构作为机床的主体，在结构上可采用许多相同的零部件而降低了生产成本。本文主要研究了平面五杆机构的运动学正解和反解，推导出了相应的公式，为雅可比矩阵的建立和控制系统设计打下了理论基础。基于kane方程建立了动力学模型，指

2、导了驱动电机的选取。由五杆机构的雅可比矩阵，得到机构出现奇异位形的两种情况，分析了避免奇异位形的方法。研究了机构运动学仿真的实现，通过程序界面输入参数，验证不同的机构尺寸和输出轨迹对运动性能的影响，图形仿真使机构运动中的干涉情况可视化。对五杆机床进行了整体设计，避免了结构干涉和奇异位形的出现，利用Pro/E软件进行了机床结构建模。采用“PC+NC”的开放式体系结构对数控系统进行总体设计。在硬件上采用分布式结构，即以PC机作为上位机，完成复杂计算，实施任务调度和界面管理等功能。以运动控制卡DMC300为下位机，

3、它接受上层管理系统发出的各种命令，并对命令进行解释，以给定的距离、速度和加速度控制伺服电机。在软件设计上，利用Windows平台，以VisualC十+为开发工具，采用模块化结构设计，对数控软件进行了模块划分和功能描述，给出了相应的算法和流程图。组装了数控系统的实验台，阐述了系统硬件的组装原理，并给出了系统软件的调试方法。关键词可控机构;数控系统;结构设计;奇异位形哈尔滨_〔业大学工学硕士学位论文AbstractWiththeprogressoftheinformationtechnologyandthedev

4、elopmentoftheglobalmanufacturingtechniques,enterprisesrequiremoreefficientandlowercostmachinetoolsbyreasonofenhancingtheircompetitiveability.Butconventionalmachinetoolswillencountermanydifficulitieswhicharehardtoovercomeinthefuture.Therefore,itisveryimporta

5、nttoexploreandresearchakindofmodernmachinetool.Planarfivebarcontrolledmechanismhasmanyremarkablecharacteristic,suchassimplestructureandabundantexporttracksandsoon,ifthemachinetoolstakefivebarmechanismasprincipalpartwhichcanusethesamepartsinstructure,thecost

6、ofproductionswillgodown.Thispaperstudiesforwardkinematicsandinversekinematicsofplanarfive-barmechanismanddeducescorrespondingformulaswhichareacademicgroundofestablishingJacobianmatrixandthedesignofcontrolsystem.Basedonthekaneequation,dynamicmodelisestablish

7、edwhichguidetheselectionofdrivemotor.AccordingtotheJacobianmatrixoffivebarmechanism,twosituationsofsingularityoffivebarmechanismareobtainedandthemethodsofavoidingsingularityareanalyzed.Thispaperstudiestherealizationofkinematicssimulation.Parametersdemandedb

8、ysimulationprocedurecanbeinputtedbytheinterfaceofprogram.Thesimulationcanvalidatekinematicscapabilitybyinputtingdiferentmechanismdimensionsandexporttracts.Visualizationofmechanisminterference,whichtake