一種三并聯(lián)萬向腕關節(jié)的理論研究.pdf

1、并聯(lián)機構所具有的一系列優(yōu)點，如剛度高、承載能力強、動態(tài)性能好、速度快和結構簡單等，引起了國際上的廣泛關注，并給予了大量的研究。它是機器人和數控機床發(fā)展進化的方向之一。然而，并聯(lián)機構同時又受到數學模型復雜而難于實現(xiàn)快速的實時控制、機構工作空間相對較小、鉸鏈自身存在間隙和接觸剛性差等問題的制約，使得大多數并聯(lián)機構的研究都停留在原理樣機階段，難于實現(xiàn)產業(yè)化。盡快解決應用中所面臨的關鍵瓶頸技術問題，在某些局部領域實現(xiàn)并聯(lián)機構應用的突破并實現(xiàn)產業(yè)

2、化具有十分重要的意義。
　　 本文提出一種基于變型萬向節(jié)的三并聯(lián)萬向腕關節(jié)。它的機械結構決定了其具有較大的工作擺角，并且末端執(zhí)行器(萬向節(jié)的輸出端)在自轉的同時可以靠兩個并聯(lián)桿驅動運動平臺而獲得所需的工作位姿。因此，本機構既可以應用于機器人的腕關節(jié)，又可以應用于數控機床的工作頭。本機構研究的目的就是針對目前阻礙并聯(lián)機構廣泛應用的一些關鍵問題，推出一種新型的并聯(lián)機構進行理論和實驗研究，以尋求并聯(lián)機構應用的有效途徑，為并聯(lián)機床(機器

3、人)產品化提供理論基礎和關鍵技術，推動制造裝備技術的發(fā)展。
　　 首先，本文通過查閱大量國內、外相關文獻，對并聯(lián)機構在國內、外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，優(yōu)缺點等進行了詳細的綜述。闡述了本課題的研究意義。
　　 其次，對本機構進行了相關理論的研究。建立了機構的矢量運動學模型，推導了機構的雅可比矩陣，分析了機構的輸入、輸出速度以及加速度關系，并且對并聯(lián)桿的速度、加速度進行了詳細分析；運用虛位移原理，建立了機構靜力學模型，闡明了機構外

4、力、驅動力以及自身重力之間的關系；運用拉格朗日方程，首次推導了機構動力學模型；以機構靜力學研究和剛度理論為基礎，首次推導了機構靜剛度模型，得到機構剛度矩陣，運用機構剛度矩陣條件數，分析得到機構的剛度性能；首次通過分析機構質量矩陣，研究機構的動力學特性；首次通過分析重力系數，研究了機構的重力特性。
　　 最后，還基于UG對機構進行了三維實體模型設計、機構三維運動仿真；基于MATLAB語言的機構靜力學、靜剛度、機構重力特性、機構動力