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少自由度并联机构凭借其自身结构简单、驱动少、控制简单、制造成本低等特点,近年来逐渐成为并联机构学的研究热点。尤其是末端执行器具有3个移动自由度和1个转动自由度(简称3T1R)并联机构,在工业制造领域运用愈发广泛。本文提出一种新型3T1R并联机构—4-PRPaU并联机构,并对其进行构型分析、运动学分析、性能分析、尺度优化和结构设计。为4-PRPaU并联机构应用于产品分拣打下基础,文章的主要内容可以分为以下几个方面。第一,对4-PRPaU并联机构进行自由度分析。建立相应的支链坐标系,运用螺旋理论给出所有运动副在支链坐标系中的运动螺旋并求出反螺旋,根据修正后的Grubler-Kutzbach公式,经计算求得4-PRPaU并联机构末端执行器具有三个移动自由度和一个转动自由度。进一步分析了驱动副选取的合理性。第二,4-PRPaU并联机构运动学分析。利用坐标变换矩阵和机构杆长条件,建立4-PRPaU并联机构位置正、逆解模型。将机构位置正解模型转化为无约束优化方程,并运用差分进化(Differential evolution,DE)算法求解。求解过程中,提出具有较强全局搜索能力的自适应逃逸差分进化(Adaptive escape differential evolution,AEDE)算法,提高了 DE算法的寻优效率,并规避了该算法易陷入局部最优的不足。通过4-PRPaU并联机构数值算例,运用AEDE算法求得所有高精度位置正解,并运用机构位置逆解验证位置正解的正确性。在研究过程中,为验证AEDE算法性能,将AEDE算法运用于3-RPS并联机构位置正解中,并与DE算法和粒子群优化算法进行比较,结果表明:AEDE算法性能均优于比较算法。为了验证机构运动学模型的正确性,利用矢量法并根据杆长约束条件建立4-PRPaU并联机构输入与输出之间的速度、加速度映射关系。利用Matlab软件编程进行数值仿真,并绘制出机构位移、速度、加速度曲线。同时,为验证Matlab软件数值仿真的正确性,建立机构相对应的三维模型,并导入Adams软件进行运动仿真,以数值仿真中的驱动函数作为Adams运动仿真的驱动输入,并得到相应的位移、速度、加速度曲线。结果表明,Adams运动仿真曲线与Matlab数值仿真曲线一致,验证了位置正、逆解、速度、加速度模型的正确性,为机构后续的性能分析奠定了基础。第三,4-PRPaU并联机构性能分析。运用运动/力传递性能指标对4-PRPaU并联机构进行性能分析与尺度综合。以螺旋理论为工具,建立机构输入传递指标和输出传递指标,给出机构规则有效传递工作空间(Regular effective transmission workspace,RETW)定义和数值计算方法。以RETW半径最大化为优化目标,建立机构尺度参数优化设计模型,并运用加速人工蜂群算法求解该问题。并通过实例,验证了文中建立的模型和算法的可行性。最后利用尺度优化所得的杆长结果对机构进行三维虚拟样机的结构设计。其中,主要包括外购部件(电机、丝杠、直线模组、轴承)选型;PRPaU支链、定平台、末端执行器的结构设计与机构整体装配布局。本文的研究工作为4-PRPaU并联机构物理样机研制、实际应用奠定了理论基础,也可将文中的尺度参数优化设计方法推广到其他并联机构。