一种3自由度自动钻铆机构的运动学分析与优化设计

发布时间：2017-03-30 00:08

  本文关键词：一种3自由度自动钻铆机构的运动学分析与优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在大型薄壁曲面法向钻铆加工应用领域，实现姿态定位和垂直进给一直是一个难点，基于3-RPS并联机构具有3个自由度，即1个移动、2个转动，可以满足姿态定位和垂直进给的要求，且该机构具有结构简单、运动灵活、工作空间大等优点，本课题将3-RPS并联机构作为钻铆加工装备基本部件，并以该机构为研究对象，进行了运动学分析及尺寸参数优化设计。 首先，利用螺旋理论分析了3-RPS并联机构的自由度，采用TT角更加直观地表达了该机构动平台的姿态，并以此为基础建立了该机构的正反解模型；基于螺旋理论的影响系数法，建立了机构的一阶、二阶影响系数矩阵，并进行了数值验证。 其次，借助3-RPS并联机构位置和姿态反解模型，综合考虑分支杆长、运动副转角、杆间干涉等运动学约束条件，采用计算机编程搜索的方法分析了该机构的位置和姿态工作空间，并进一步研究了结构参数对位置和姿态工作空间的影响；采用TT角表达机构姿态，基于奇异产生的运动学条件更加直观的研究了该机构的运动学奇异位形。 再次，基于运动/力传递理论分析了3-RPS并联机构的运动/力传递能力，提出了一种评价该机构运动/力传递性能的优化指标；建立了该机构的尺寸设计空间，并基于此以机构在其姿态工作空间内具有良好运动/力传递能力为优化目标，提出了一种适用于3-RPS并联机构的尺寸参数优化方法。 最后，采用ADAMS软件对3-RPS并联机构进行了运动学仿真，，并对比了机构尺寸参数优化前后各分支的受力情况。
【关键词】：自动钻铆 并联机构 工作空间 尺寸优化 仿真
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V261;TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 自动钻铆技术的现状与发展趋势11-14
• 1.2.1 国外发展现状12-13
• 1.2.2 国内发展现状13-14
• 1.3 并联机构的现状与发展趋势14-20
• 1.3.1 国外研究现状14-18
• 1.3.2 国内研究现状18-19
• 1.3.3 3-RPS并联机构研究现状与应用19-20
• 1.4 论文选题的意义及主要研究内容20-22
• 第2章 3-RPS并联机构运动学分析22-48
• 2.1 引言22
• 2.2 3-RPS并联机构自由度分析22-25
• 2.3 3-RPS并联机构反解模型25-29
• 2.4 3-RPS并联机构正解模型29-32
• 2.5 3-RPS并联机构速度分析32-36
• 2.5.1 单个分支的一阶影响系数矩阵32-34
• 2.5.2 3-RPS并联机构的一阶影响系数矩阵34-36
• 2.6 3-RPS并联机构加速度分析36-39
• 2.6.1 单个分支的二阶影响系数矩阵36-37
• 2.6.2 3-RPS并联机构的二阶影响系数矩阵37-39
• 2.7 运动学算例39-46
• 2.7.1 反解算例39-42
• 2.7.2 正解算例42-43
• 2.7.3 速度、加速度算例43-46
• 2.8 本章小结46-48
• 第3章 3-RPS并联机构工作空间及奇异分析48-61
• 3.1 引言48
• 3.2 3-RPS并联机构工作空间分析48
• 3.3 3-RPS并联机构的姿态空间48-52
• 3.3.1 姿态空间的建立48-51
• 3.3.2 姿态空间算例51-52
• 3.4 结构参数对姿态空间的影响52-54
• 3.4.1 动、静平台半径比值对姿态空间的影响52-53
• 3.4.2 分支杆长对姿态空间的影响53
• 3.4.3 球铰锥摆角对工作空间的影响53-54
• 3.5 3-RPS并联机构的位置空间54-55
• 3.5.1 位置空间的建立54
• 3.5.2 位置空间算例54-55
• 3.6 结构参数对位置空间的影响55-56
• 3.7 奇异位形分析56-59
• 3.8 奇异位形与工作空间关系59
• 3.9 本章小结59-61
• 第4章 3-RPS并联机构结构尺寸优化设计61-78
• 4.1 引言61
• 4.2 理论基础61-65
• 4.2.1 运动螺旋和力螺旋62
• 4.2.2 螺旋的互易积62-63
• 4.2.3 功率系数63
• 4.2.4 传递指标63-65
• 4.4 3-RPS并联机构的传递指标65-71
• 4.4.1 3-RPS并联机构输出传递指标65-68
• 4.4.2 局域传递指标（LTI）68
• 4.4.3 良好运动/力传递空间（GTOC）68-70
• 4.4.4 全域传递指标（GTI）70-71
• 4.5 结构尺寸优化71-77
• 4.5.1 设计空间71-73
• 4.5.2 GTOC及GTI图谱73-74
• 4.5.3 基于运动/力传递理论的优化方法74-75
• 4.5.4 优化算例75-77
• 4.6 本章小结77-78
• 第5章 3-RPS并联机构仿真78-85
• 5.1 引言78
• 5.2 3- RPS并联机构建模78-79
• 5.3 3-RPS并联机构运动学仿真79-81
• 5.4 3-RPS并联机构静力仿真81-84
• 5.5 本章小结84-85
• 结论85-86
• 参考文献86-91
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果91-92
• 致谢92-93
• 作者简介93

【参考文献】

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本文编号：275742