新型三转动并联机构运动综合与虚拟样机开发

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1、新型三转动并联机构运动学综合与虚拟样机开发KinematicSynthesisandVirtualPrototypeDevelopmentofaNovelThreeRotationalParallelMechanism学科专业：机械设计及理论研究生：董罡指导教师：宋轶民教授天津大学机械工程学院二零一零年六月一令一奄牛／、月，一+，I．．‘r，，‘’独创性声明0IIIIIIII1IIIIIIIIY1872732本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或

2、撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂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己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』童显签字日期：加，口年‘月倦日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权叁鲞苤堂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，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。同意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说明)学位论文作者签名：莲噩导师签名：签字日

3、期：7,o10年占月∥日签字日期：二。，护年多月／孑日～y，1摘要本文密切结合航空航天、智能机器人等领域对纯转动并联机构的重要需求，在国家自然科学基金项目资助下，深入研究了新型空间三转动自由度并联机构3-_PUS&S的设计理论与方法，内容涉及运动学分析、工作空间分析、尺度综合、虚拟样机设计及静／动态特性预估等。主要研究成果如下：1．运动学分析。根据该机构创成运动特点，采用倾斜角一扭转角法描述动平台姿态，借助螺旋理论建立机构正、逆位置分析模型与速度雅可比矩阵，并结合算例验证了上述模型的有效性。2．工作空间分析。明确该机构可达／任务工作空间的数学

4、定义，计及移动副位移、铰链转角及连杆干涉等工程约束，逆向搜索出机构可达工作空间，并揭示了尺度参数对工作空间的影响。3．尺度综合。采用适宜的全域运动学性能评价指标，借助运动学性能图谱揭示了关键设计变量的影响程度与取值范围，并综合考虑相关的几何／工程约束，实现了机构的运动学优化设计。4．虚拟样机设计与静／动态特性预估。结合工程需求开发出虚拟样机，经运动仿真与干涉检验，验证了运动学设计理论的有效性；针对典型姿态，预估虚拟样机的静刚度与动力学特性，并揭示出关键影响因素。上述研究成果为该机构的物理样机开发奠定了坚实基础。、关键词：并联机构运动学分析工作

5、空间分析尺度综合虚拟样机设计1■ABSTRACTWiththeaidofNSFCProject．tomeetthedemandforthespatialrotationalmechanismusedinthefieldofaircraftindustryandintelligentroboLthisthesisinvestigatesintothedesigntheoryandmethodofanovelthreerotationalparallelmechanismwhichisinventedbyTianjinUniversity．The

6、followingworkhasbeenaccomplished．1．Kinematicanalysis．Referringtothekinematiccharacteristicsofthethreerotationalparallelmechanism，theTilt-and-Torsionanglesareusedtodescribetheorientationoftheplatform．Basedonthescrewtheory,threeequationsinvolvingdrivingparametersandposeparame

7、tersareformulatedandprovedbyallexample．AndtheJacobianmatrixiSderived．2．Workspaceanalysis．Thereachableandtaskworkspacedefinitionsofthemechanismareproposed．Thenthereachableworkspaceissearchedbasedontheinversepositionanalysiswithsomeconstrainedconditionssuch嬲theactuatedjourney

8、,gemelanglesandlinkageinterference．Andtherelationshipsbetweendimensionalparameters