冗余(PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)及其倒置机构的运动及静力学分析

发布时间：2023-10-04 03:35

　　冗余机构因其更高的灵活性和更大的工作空间等优点引起了机构学界和工业界中许多学者的广泛关注,同时该类机构在多种领域中都有广阔的应用前景,比如航空航天、医疗器械、工业自动化等。本文以(PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)冗余串并联机构为课题的研究对象,通过对该冗余机构理论模型中约束关系的分析,探讨了该机构的运动学和静力学等问题,为后续该机构的理论研究做了铺垫,同时对该机构的应用也具有重要的意义。本文主要研究内容如下:首先,本文对由(PS+RPS+SPS)机构和(SP+SPR+SPS)机构构成的运动冗余机构进行了建模,根据机构自身的约束和耦合关系,得到了末端平台所具有的独立自由度个数。接着求解该机构的位置解,根据机构的特性,为了使机构中具有多解的驱动杆具有更好的灵活性,选取可操作度作为优化函数,对杆长进行优化,从而得到一组位置最优解,并给出了该冗余机构的数值算例来验证位置分析的正确性。同时求解了该机构的工作空间。其次,根据机构末端平台位姿之间的约束关系,获得末端平台速度之间的约束关系。接着求解该机构的速度解,为了防止机构在运动过程中,驱动杆超出行程范围,选取超限函数作为优化函数,...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 冗余机构的应用
    1.3 冗余机构研究现状
        1.3.1 冗余机构运动学
        1.3.2 冗余机构静力学
    1.4 论文的主要研究内容
第2章 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构位置分析
    2.1 引言
    2.2 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的模型建立
    2.3 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构末端平台位姿之间的关系
        2.3.1 PS+RPS+SPS机构的约束关系
        2.3.2 SP+SPR+SPS机构的约束关系
        2.3.3 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的约束关系
    2.4 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的位置分析
        2.4.1 (PS＋RPS＋SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的位置反解
        2.4.2 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的位置正解分析
        2.4.3 (PS＋RPS＋SPS)+(SP+SPR+SPS)冗余机构中SPS杆之间的关系
    2.5 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构工作空间的求解
        2.5.1 串并联机构工作空间求解系统介绍
        2.5.2 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的工作空间
    2.6 本章小结
第3章 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构速度分析
    3.1 引言
    3.2 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构末端平台速度之间的关系
    3.3 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的速度分析
        3.3.1 (PS+RPS+SPS)和(SP+SPR+SPS)机构的速度解耦矩阵
        3.3.2 (PS+RPS+SPS)和(SP+SPR+SPS)机构的速度约束矩阵
        3.3.3 (PS+RPS+SPS)和(SP+SPR+SPS)机构的驱动速度矩阵
        3.3.4 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构6×6雅克比矩阵的建立
        3.3.5 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构5×6雅克比矩阵的建立
    3.4 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的位置优化
        3.4.1 可操作度函数
        3.4.2 可操作度函数的改善
    3.5 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构的速度优化
        3.5.1 梯度投影法
        3.5.2 避关节超限函数
    3.6 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构位置分析的数值算例
    3.7 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构速度分析的数值算例
    3.8 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构运动学正解数值算例
    3.9 本章小结
第4章 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构静力学分析
    4.1 引言
    4.2 单个并联机构静力学分析
    4.3 (PS+RPS+SPS)+(SP+SPR+SPS)机构静力学分析
    4.4 数值算例
    4.5 本章小结
第5章 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构分析
    5.1 引言
    5.2 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构的模型建立
    5.3 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构末端平台约束关系
    5.4 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构运动学分析
        5.4.1 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构位置分析
        5.4.2 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构位置优化
        5.4.3 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构速度分析
        5.4.4 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构速度优化
    5.5 (SP+SPR+SPS)+(PS+RPS+SPS)机构工作空间的求解
    5.6 数值算例
        5.6.1 位置层面数值算例
        5.6.2 速度层面数值算例
        5.6.3 运动学正解算例
        5.6.4 静力学数值算例
    5.7 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3851233