【摘 要】
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并联机构具有承载力强、定位精度高、结构刚度大和运动稳定等优点,在各行各业有着广泛应用。刚度作为并联机构的性能之一在实际工业领域应用中起着很重要的作用,对于许多需要人机交互作用和与工作对象进行刚度匹配作业的情况下的实时变刚度有着很重要的研究应用价值。为保证并联机构具有变刚度特性同时能够保持高精密定位特性,研究可从机构重构变刚度和低刚度耦合两方面入手。本文所研究的机构构型为基于复合单叶双曲面的广义6自
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“刚柔混合冗余驱动广义并联机构变刚度低耦合可重构机理研究”
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并联机构具有承载力强、定位精度高、结构刚度大和运动稳定等优点,在各行各业有着广泛应用。刚度作为并联机构的性能之一在实际工业领域应用中起着很重要的作用,对于许多需要人机交互作用和与工作对象进行刚度匹配作业的情况下的实时变刚度有着很重要的研究应用价值。为保证并联机构具有变刚度特性同时能够保持高精密定位特性,研究可从机构重构变刚度和低刚度耦合两方面入手。本文所研究的机构构型为基于复合单叶双曲面的广义6自由度并联机构,对并联机构引入运动冗余使机构可重构,对运动冗余并联机构从变刚度机理、刚度耦合优化、变刚度实现,可调铰点的刚度设计等方面进行了研究。课题首先基于运动冗余并联机构的运动学和静力学分析给出运动冗余变刚度机理和刚度模型,并推导了基于运动冗余刚度模型的动平台中位点刚度解耦条件,并引用刚度耦合综合评价指标,基于低刚度耦合来设计运动冗余直线驱动关节的布置方向。通过仿真分析验证刚度模型的正确性,为机构重构变刚度奠定基础。针对动平台Z向平动情况基于刚度耦合综合评价系数给出机构重构的可调下铰点移动基准,基于此给出了6自由度方向机构重构变刚度算法,该算法能够求解并联机构动平台Z向平动时实现6自由度向变刚度的可调下铰点的调整轨迹,此时机构6自由度方向刚度可以按照设定规律进行变化,通过仿真验证算法的正确性。基于刚度耦合综合评价系数对机构的刚度特性进行优化设计,给出可调下铰点处的三正交向刚度的设计范围以及动平台Z向平动时机构近似零刚度耦合下的铰点位置优化情况。分析了广义并联机构引入运动冗余后对动平台工作空间和可操作性的影响,给出了广义并联机构在工作空间内的最大力和速度传递特性。证明了引入运动冗余对广义并联机构的性能改善有着很大的帮助。
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