恒雅可比移动并联机构建模求解规律及性能评价研究

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具有雅克比矩阵恒定特性的移动并联机构具有其输入输出速度间的映射关系恒定不变、控制方便等特殊优势。一般而言,对于大多数并联机构,多采用影响系数法求解其运动学、动力学方程,倘若可使该求解过程得到一定程度的简化,将会对发挥恒雅可比矩阵并联机构的优势,促进恒雅可比矩阵并联机构的应用有着重要意义。本文针对雅克比矩阵恒定的移动并联机构,提出了一种简单建模求解规律,并选取典型机构进行了建模和仿真验证,最后研究了雅克比矩阵恒定与局部恒定对机构运动学、动力学特性的影响。主要研究内容如下:首先,基于移动并联机构雅可比矩阵求解公式,求解恒雅克比矩阵移动并联机构的雅可比矩阵,并结合Solidworks软件提出了由雅克比矩阵逆推位置解方程的运动学建模求解规律;基于雅克比矩阵恒定特性和影响系数法求解恒雅克比矩阵移动并联机构动力学方程的一般过程,提出了针对该类机构的动力学建模求解规律。其次,以对称3-CPR机构为数值算例进行了自由度和雅克比矩阵分析,根据雅克比矩阵积分逆推位置解方程,结合Solidworks软件解得位置解方程未知参数,并与矢量法结果进行对比验证;绘制机构的工作空间;基于MATLAB软件应用上述动力学建模规律求解机构动力学方程,并开展动力学建模与仿真验证。再次,以非对称三维移动CRR-CPR-PPRR机构为数值算例进行理论计算解得位置解方程,之后进行运动学分析并与矢量法结果进行对比验证;绘制机构的工作空间三维图;结合MATLAB软件运用该动力学建模求解规律求解机构动力学方程,并采用Adams进行仿真验证。最后,对CRR-CPR-PPRR机构进行输入选取分析,并针对不同输入选取情况,分别对比分析机构在雅克比恒定与局部恒定时的运动学、动力学特性;基于Adams软件对CRR-CPR-PPRR机构不同输入组合的运动学、动力学仿真分析,求解机构位移、速度、加速度及驱动力曲线,对比雅可比矩阵恒定与局部恒定对机构运动学、动力学特性的影响。
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