[PP]S类并联机构伴随运动分析与构型设计

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空间少自由度并联机器人机构和传统的六自由度并联机构相比,具有结构简单,设计制作和控制的成本都相对较低的特点。作为少自由度并联机构的很重要的一种,[PP]S类并联机构因其具有两转一移的自由度,受到了广泛的关注,因而在工业上具有很大的应用潜力。本文主要研究[PP]S类并联机构存在着的伴随运动问题,旨在揭示[PP]S类并联机构中各项几何结构参数与伴随运动的内在联系,据此构建无伴随运动的[PP]S类并联机构新构型,并对其进行运动学分析及样机的建立。主要内容包括以下几个方面:基于三个分支平面以及三个球铰中心之间的相对位置关系,对[PP]S类并联机构分类,运用运动学方法,分别对其进行伴随运动的分析并作比较。建立其各项几何结构参数与伴随运动的内在联系,进而提出一般3-PRS并联机构无伴随运动所必须满足的结构几何条件,该结论还适用于其他[PP]S类并联机构。基于无伴随运动的结构条件,演出多种无伴随运动[PP]S类并联机构及其拓扑机构。运用螺旋理论,对3-PRRU并联机构进行了自由度分析,并讨论其消极运动副和伴随运动;利用无伴随运动3-PRRU机构的结构特点,简化位置正反解,同时给出了刀具的位置方程。最后建立3-PRRU并联机构的速度雅可比。基于速度雅可比,分析3-PRRU并联机构的各种奇异位形以及驱动失效。提出3-PRRU机构的摆动能力,利用摆动能力得出机构刀具末端的工作空间,最后得到机构在不同姿态下的灵巧度。通过考察灵巧度的性能图谱,了解机构在那些位姿的时候,运动性能最差,从而使得机构在实际运动过程中,尽量避开这些位姿,提高机构运行时的可靠性。本文研究工作对所有无伴随运动[PP]S类并联机构的研究具有重要的指导意义。
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