一种用于研磨柱形内表面的对称式并联机构的设计与分析

作     者：饶舜禹 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭盛

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：并联机构 构型设计 动力学分析 误差补偿 轨迹规划 

摘      要：本文针对柱形内表面研磨加工的特点,设计了一类对称式并联机构。该类机构的两侧均包含一个并联机构,且任意一侧机构即可完成整个机构的自由度运动形式。在整个机构运动过程中,一侧机构为主动机构,驱动机构动平台沿预定轨迹运动;另一侧机构为从动机构,处于随动状态,为机构动平台提供所需支撑力。本文所提出机构的机构特点决定了此类机构为冗余并联机构,通过冗余驱动的引入,可以降低各驱动瞬时驱动力,同时提高机构承载能力以及刚度、精度等性能。两侧机构通过转动副与末端执行器进行连接,使末端执行器可以实现预定的轨迹,同时使机构具有较高的静刚度特性,从而保证机构具有较高精度地完成加工任务。首先,本文基于螺旋理论综合出了 20种平面对称式并联机构和12种空间对称式并联机构,结合应用情况和运动支链的形式从中选择了新型Double机构作为后续研究对象。其次,对新型Double并联机构建立了运动学数学模型,完成了机构的位置求解,得到了机构的雅可比矩阵,并对机构的工作空间特性进行了研究。针对机构的奇异性和静刚度进行了性能评价。同时,对可能产生的杆长误差和驱动误差以及其所对机构产生的影响进行分析研究。然后,对新型Double并联机构进行了动力学分析,得到了机构的各个驱动力矩。并且对比了与由单独一侧机构驱动运动时机构各个驱动关节力矩的数值大小。运用ADAMS动力学仿真软件,将机构运动时力矩值的仿真结果和理论计算结果进行验证。分析了机构在几种工作模式下各个驱动力矩的大小,结果对机构在不同模式下的驱动配置方式提供了理论依据。并基于增大工作空间中间截面面积和增强静刚度的优化目标,对机构的结构参数进行优化设计,得到最优解,实现优化目标。最后,基于以上理论与结果对新型Double并联机构进行了虚拟仿真建模。利用ADAMS软件和MATLAB软件对机构的误差补偿运动进行联合仿真。在机构的整体运动工作空间内,基于明确的工作模式对机构的末端操作器的轨迹进行规划。仿真结果进一步验证了机构的运动性能,达到了设计要求。