一种确定轨迹的导引机构的设计方法与分析

摘要

本论文针对能精确实现预期的平面轨迹提出了一种新型导引机构的设计方法，该类机构为非对称式的两支链并联机构，一侧支链为串联机构，为机构提供力的支撑;另一侧支链为带有移动副的五杆机构，通过移动副的往复运动来实现位移补偿，从而达到实现精确轨迹的目的。整体机构为冗余并联机构，导引支链在精确实现轨迹的同时，可以带动与导引支撑支链运动。机构通过两条支链的协调运动，使得末端操作器在运动过程中，所受的力与速度始终保持一致。这一设计不仅克服了串联机构精度受限的缺点，同时也可通过五杆机构来实现轨迹的精确导引。
　　为了实现机构预期的目的，首先，确定了机构的设计准则，根据设计准则基于螺旋理论综合出一系列的导引机构并画出相应的三维简图，结合应用选择其中一种机构进行分析。其次，根据所选的导引机构类型进行运动学与性能分析，对导引机构进行运动学正逆解的求解、工作空间的计算以及速度雅克比矩阵的计算，基于雅克比矩阵对机构进行静刚度、灵巧性的分析，并与串联机构的相关性能进行对比，从而验证机构性能的优越性;对机构进行虚拟样机的仿真与轨迹规划研究，将机构的三维模型导入ADAMS中进行运动仿真分析，将仿真结果与理论计算结果进行对比，从而验证机构运动的正确性。然后，对机构进行误差分析，分别考虑由杆长、驱动、装配等误差因素对机构输出位置的影响。最后，根据机构实现高速转向架U型槽的特定任务进行机构的尺寸优化，并计算得到导引模块中补偿位移的变化规律，得到机构各驱动关节的速度、加速度的变化规律。将优化后的结果利用Simulink/SimMechanics进行综合仿真实验，加入干扰因素，通过PID控制，使得机构末端操作器的输出误差尽可能最小。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 选题背景及意义

1．2 连杆机构研究现状

1．2．1 轨迹综合研究现状

1．2．2 连杆机构的应用现状

1．3 五杆机构的研究现状

1．4 研究内容

2 确定轨迹的导引机构的设计方法

2．1 基于螺旋理论的机构支链的设计

2．2 平面五杆机构的设计

2．2．1 平面五杆机构的类型

2．2．2 五杆机构的模型建立

2．3 平面串联机构的设计

2．4 基于确定轨迹的导引机器人的方案选择

2．5 本章小结

3 机构运动学分析与仿真研究

3．1 基于确定任务的构型设计

3．2 导引机构的位置分析

3．2．1 位置正解

3．2．2 位置反解

3．3 工作空间

3．4 导引机构的速度分析与加速度分析

3．4．1 速度分析

3．4．2 加速度分析

3．5 导引机构的性能分析

3．5．1 机构奇异性分析

3．5．2 机构灵巧性分析

3．5．3 机构静刚度分析

3．6 机构动力学分析

3．7 虚拟样机仿真与轨迹规划

3．7．1 导引机构虚拟样机的建立

3．7．2 轨迹规划

3．7．3 仿真研究

3．8 本章小结

4 机构误差分析

4．1 杆长误差

4．2 驱动误差

4．3 装配误差

4．3．1 运动副间隙误差

4．3．2 运动副轴线不平行误差

4．4 本章小结

5 基于确定轨迹的机构结构参数优化设计与综合仿真

5．1 遗传算法简介

5．2 基于特定任务导引机构约束条件与目标函数的建立

5．3 导引机构导引模块补偿运动的计算

5．4 导引机构特定任务的实现

5．5 数值综合仿真

5．6 本章小结

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

附录

作者简历

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