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新型三转动并联机构虚拟样机设计及综合性能分析

作　者: 赵剑
导　师: 宋轶民
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 并联机构运动学分析虚拟样机设计工作空间分析
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文面向航空航天、机器人等领域对空间转动机构的需求,在国家自然科学基金的资助下,对天津大学提出的一类新型空间三转动并联机构3-PSS/S的设计理论与方法进行了较为深入的研究,内容涉及运动学分析、虚拟样机设计与工作空间分析、静/动态特性预估等。主要研究成果如下:1.运动学分析。借助螺旋理论推导了该机构自由度数目与类型。利用闭环矢量法建立了机构位置/速度/加速度分析模型,并利用速度雅克比矩阵分析了该机构的奇异性。2.虚拟样机设计及工作空间分析。根据3-PSS/S机构的拓扑结构,确定该机构样机的初步机械结构,并在Solidworks软件平台下开发其虚拟样机。明确该机构的可达工作空间,并通过搜索满足主动副位移、铰链转角、连杆干涉等工程约束的机构工作空间边界,进而分析了机构尺度参数对工作空间的影响。利用COSMOSMotion插件进行虚拟样机运动仿真与干涉检验,验证了运动学分析的正确性。3.静/动态特性预估。借助商用有限元软件建立了3-PSS/S机构虚拟样机的有限元模型,并分析了处于典型位姿的虚拟样机的整机静刚度及模态,指出影响机构动、静态特性的关键零部件,为虚拟样机的详细机械设计提供指导。上述研究成果为该机构的原型样机建造奠定了坚实基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-16
  1.1 课题研究背景及意义  7-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 运动学分析  12-13
    1.2.2 工作空间分析  13-14
    1.2.3 动静态特性预估  14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
第二章 3-PSS/S 机构运动学分析  16-24
  2.1 引言  16
  2.2 机构简介  16
  2.3 机构自由度分析  16-19
    2.3.1 PSS 支链的约束  17-18
    2.3.2 S 支链的约束  18
    2.3.3 机构的自由度  18-19
  2.4 机构坐标系建立及姿态描述  19
  2.5 机构位置逆解  19-20
  2.6 机构速度逆解  20-21
  2.7 机构加速度逆解  21
  2.8 机构奇异性分析  21-23
    2.8.1 第一类奇异  22
    2.8.2 第二类奇异  22-23
  2.9 小结  23-24
第三章 3-PSS/S 机构虚拟样机设计及工作空间分析  24-36
  3.1 引言  24
  3.2 3-PSS/S 机构虚拟样机设计  24-27
    3.2.1 PSS 支链设计  24-25
    3.2.2 动、静平台及S 支链设计  25-26
    3.2.3 动力供给设计  26
    3.2.4 虚拟样机  26-27
  3.3 3-PSS/S 机构工作空间分析  27-32
    3.3.1 3-PSS/S 机构工作空间定义  27-28
    3.3.2 工作空间的约束条件  28-29
    3.3.3 可达工作空间的确定  29-30
    3.3.4 算例分析  30-31
    3.3.5 尺度参数对工作空间的影响  31-32
  3.4 机构运动仿真  32-35
    3.4.1 仿真轨迹  32
    3.4.2 仿真设置  32-34
    3.4.3 仿真结果  34-35
  3.5 小结  35-36
第四章 3-PSS/S 机构动静态特性预估  36-48
  4.1 引言  36
  4.2 有限元建模  36-40
    4.2.1 几何模型建立  36-37
    4.2.2 定义材料属性  37-38
    4.2.3 定义接触类型及网格划分  38-39
    4.2.4 添加载荷和边界约束  39-40
  4.3 静刚度分析  40-41
  4.4 模态分析  41-42
  4.5 小结  42-48
第五章全文总结  48-50
  5.1 结论  48-49
  5.2 工作展望  49-50
参考文献  50-54
发表论文和参加科研情况说明  54-55
致谢  55

新型三转动并联机构虚拟样机设计及综合性能分析

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