低耦合度且部分解耦的3T1R并联机构设计与分析

论文摘要

三平移一转动（3T1R）并联机构具有拓扑结构复杂、耦合度高、输入-输出运动不解耦,且易出现奇异位置等问题。根据基于方位特征（Position and orientation characteristic,POC）方程的并联机构拓扑设计理论和和冗余支链消除奇异位置原理,首先,提出了一种含冗余支链的低耦合度、运动解耦、大转动能力的3T1R并联操作手新机构;其次,对其进行拓扑结构分析,主要包括POC集、自由度、耦合度以及运动解耦性分析;再次,建立了基于序单开链法运动学建模原理的位置正解求解模型,并应用一维搜素方法求解了该并联机构的位置正解;基于导出的机构位置逆解,分析了机构的工作空间、转动能力及奇异性条件;阐明了冗余支链可避免奇异位置,并能增加机构刚度;最后,给出了机构动平台的速度、加速度变化规律。本文为该操作手的机械设计、动力学分析、样机研制奠定了理论基础。

论文目录

• 0 引言
• 1 3T1R并联机构设计及拓扑分析
•   1.1 机构设计
•   1.2 节将说明:
•   1.2 机构拓扑分析
•     1.2.1 POC集分析
•     1.2.2 自由度计算
•     1.2.3 耦合度计算
• 2 位置分析
•   2.1 基于序单开链的机构位置正解求解原理
•   2.2 参数标注
•   2.3 位置正解求解
•     2.3.1 BKC1的位置求解
•     2.3.2 BKC2的位置求解
•   2.4 位置逆解求解
•   2.5 位置正逆解的实例验算
•     2.5.1 正解算例
•     2.5.2 逆解算例
• 3 工作空间和转动能力分析
•   3.1 工作空间分析
•   3.2 转动能力分析
•   3.3 冗余支链对工作空间和转动能力的影响
• 4 奇异位置分析
•   4.1 雅可比矩阵求解
•   4.2 奇异位置求解
•     4.2.1 输入奇异
•     4.2.2 输出奇异
•     4.2.3 综合奇异
•   4.3 冗余驱动支链消除奇异位置的说明
• 5 速度与加速度分析
•   5.1 速度公式推导
•   5.2 加速度公式推导
•   5.3 算例与仿真
• 6 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 沈惠平,许正骁,许可,邓嘉鸣,杨廷力

关键词: 并联机构,低耦合度,运动解耦,拓扑设计,工作空间,奇异位置

来源: 农业机械学报 2019年02期

年度: 2019

分类: 农业科技,工程科技Ⅱ辑

专业: 机械工业

单位: 常州大学现代机构学研究中心

基金: 国家自然科学基金项目(51375062,51475050),江苏省重点研发计划项目(BE2015043),江苏省绿色过程装备重点实验室项目

分类号: TH112

页码: 373-383+419

总页数: 12

文件大小: 564K

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