郭祖华[1]2002年在《并联数控刀具磨床的动力学优化设计》文中进行了进一步梳理并联机床是一种新型结构的机床,其刚度质量比大,移动速度快,易于实现模块化设计,制造成本低。国内外许多研究机构都进行了并联铣削加工中心的研发。为开发出我国自己的并联数控刀具磨床品牌,在以前研究的基础上,本课题进行了并联数控刀具磨床的研制工作。论文围绕机床的设计,运用仿真的方法,从并联平台机构的支链分析入手,展开了相关的理论研究,并最终完成了并联机床的动力学优化设计。本论文首先对并联机床的现状及其理论研究进行了综述,然后针对并联机床的运动学分析、动力学建模及优化和并联机床的设计等叁个方面展开了研究工作。具体内容如下:首先,本文进行了Stewart 平台型并联机构的运动学分析。当动静平台的铰链都不采用球面副时,6 自由度的并联平台机构的每一个支链都是一个标准的6 自由度的串联机构,支链上各个构件的运动情况比较复杂。为了能够详细分析这种复杂支链的并联机构,本文以并联机构的支链为研究对象,建立了支链运动学方程并给出了串联支链的解析反解。承接前面的工作,本文对并联机构的支链进行了速度和加速度分析,给出了支链各个构件的关节速度和加速度与动平台速度和加速度之间的关系,构造了了支链雅克比矩阵并推导了机构支链的二阶导数矩阵,为机构的动力学建模奠定了基础。在支链运动学分析的基础上,笔者进一步分析了并联机构的速度和加速度,给出了动平台速度、加速度和驱动关节的速度、加速度之间的映射关系,为并联机构的误差分析,运动学仿真以及运动学控制奠定了基础。根据建立的运动学模型,本文对并联机构进行了运动学仿真,绘制了支链各个关节的位移、速度和加速度曲线;分析了机构实际运动过程中,动平台的速度和加速度误差与其轨迹离散步长间的关系。本文的分析方法克服了现有运动学模型无法对非球面副铰链构件进行分析的缺点。其次,本文运用牛顿-欧拉方法建立了该并联机构的完整动力学模型,克服了建模时将铰链简化成一点而导致的难以描述非球面副铰链的不足。牛顿-欧拉方法具有计算效率高的特点,故文中首先用牛顿-欧拉方法建立了并联平台机构的递推形式的动力学模型。在本文模型中不仅包含了动平台及连杆的质量、重力以及铰链的摩擦力,而且
赵亮[2]2010年在《一种2UPS-UPR并联机床的设计理论与关键技术研究》文中进行了进一步梳理并联机床作为并联机器人技术和现代数控机床技术结合的产物,是从上个世纪末开始出现的一种新型制造装备。与传统机床相比,并联机床具有刚度重量比大、响应速度快、环境适应性强、技术附加值高、适合复杂曲面加工等特点,因此在制造领域具有很广泛的应用前景。其中,少自由度并联机床以其自身的优点已成为并联加工装备发展的重要趋势。世界上许多国家已经对并联机床的研究投入了大量的人力物力,也取得了许多的研究成果,但目前对并联机床的研究总体上还是处于研发、试制和试用阶段。我国在并联机床的研究方面也取得了一些阶段性成果,但目前我国已开发的大多数并联机床尚未达到实用产品水平,均存在动态刚度和加工精度低的共同问题。这反映出国内对并联机床理论、设计与应用等方面的关键技术研究与国外相比较仍有较大差距。因此,系统地研究并联机床设计理论,切实解决设计中的关键技术难题,为并联机床设计提供理论基础,对推动我国并联机床的产业化有着及其重要的意义。本文以一种新型2UPS-UPR并联机床的研制为主要研究内容,围绕并联机床设计基本理论,从运动学设计、动力学设计、刚度设计、结构动力学建模及数字化样机仿真等方面进行了深入的研究,具体包括以下内容：(1)对2UPS-UPR并联机床运动学设计进行了研究。根据机床的结构,对机床的并联机构和平行约束机构进行了运动学分析,给出了并联机构和平行约束机构的位置正、逆解,机床的雅可比矩阵,平行约束机构各构件的速度。在此基础上,对机床工作空间的影响因素和工作空间的构成进行了分析,最后,分析并得到了机床结构参数和运动参数对工作空间影响的规律以及机床设计变量对尺度综合性能指标影响的变化规律。(2)对2UPS-UPR并联机床刚体动力学优化设计进行了研究。首先,通过拉格朗日方程建立了机床刚体动力学模型,以此为基础建立了以获得机床3根驱动杆中最大驱动力的最小值为目标的动力学参数优化设计的数学模型,并通过仿真分析得出了机床设计变量对动力学设计指标的影响规律。然后,从更有实际意义的部分平衡角度出发,给出了基于平行约束机构的动力平衡结构,提出了采用线性加权法建立的动力平衡优化数学模型,并利用MATLAB软件进行了优化求解和计算比较,证明了动力平衡结构对平衡平行约束机构的震动力和震动力矩所起到的良好作用。(3)对2UPS-UPR并联机床静刚度进行了分析与优化设计。在建立机床整机的刚度模型基础上,给出了各轴向静刚度的计算公式并进行了仿真分析与计算,得出了各轴向静刚度在工作空间的分布规律及典型工况下轴向静刚度数值。然后,分别从轴向刚度和并联机床刚度矩阵的条件数这两个方面定义了机床静刚度性能设计指标,通过利用MATLAB软件进行仿真分析,给出了机床设计变量对这两个设计指标的影响规律并经分析证明了这两个设计指标在衡量机床静刚度性能的一致性,完成了静刚度优化设计。(4)对2UPS-UPR并联机床结构动力学建模和机构固有频率求解进行了研究,建立了机床整体机构的结构动力学方程,给出了子空间迭代法求解机床结构前5阶固有频率的计算步骤并计算出机床在典型位置时一阶固有频率值。(5)利用2UPS-UPR并联机床数字化样机在ANSYS Workbench Enviroment中对机床进行了静刚度和模态仿真分析,得到了机床在叁个典型位置点时的x、y和z叁个方向静刚度值并经分析证明了静刚度仿真结果与理论分析结果是一致的。通过模态仿真并分析所得到的机床固有频率和振型,证明了该机床有比较稳定的动态特性。(6)对机床的驱动杆和主轴部件进行了结构设计,给出了驱动杆部件设计参数的计算过程和主轴部件运动干涉的判别条件,得到了驱动杆和主轴部件的实体模型和装配图,并依此加工制造出相应的零部件。(7)利用2UPS-UPR并联机床物理样机进行了静刚度实验和模态分析实验研究,得到了该机床在典型位置时的静刚度数值和一阶固有频率,从而验证了机床静刚度理论研究与仿真分析和机床模态仿真分析的正确性。另外,通过与前期研制的3-TPT并联机床进行比较,证明了2UPS-UPR并联机床比3-TPT并联机床有着更加良好的运动性能、刚度性能和精度性能。本文对2UPS-UPR并联机床运动学设计、动力学设计、静刚度设计等若干问题的研究成果,为该并联机床物理样机的研发提供了基础性的理论依据和数据参考。同时,也为其它构型的并联机床设计提供了借鉴。然而,由于并联机床动态特性设计的复杂性和数字化样机技术的迅速发展,为完善和发展2UPS-UPR并联机床的设计理论,还需在该机床动态特性设计和机床数字化样机参数设计等方面做大量的深入研究工作。
许敏[3]2007年在《改进的Delta型并联机器人机构运动性能研究》文中提出并联机器人具有结构刚度大、承载能力高、运动精度高以及运动逆解简单等许多串联机器人所没有的优点,近年来引起了机器人研究者的高度重视。自1965年,Stewart提出一种新型6自由度的空间并联机构以来,经过40多年的不断改进和发展,Stewart平台已经演变出不同运动学原理和结构的空间并联机构,并在科学研究和工业领域得到了广泛应用。本文以改进的Delta并联机器人为研究对象,首先介绍了并联机构的国内外发展现状及应用状况,阐述了课题意义及背景。主要完成了以下几个方面的工作：利用齐次坐标变换矩阵,推导了该并联机构的位置反解,求解过程避开了解析运算和复杂的数学推导,并在MATLAB软件下编写了反解计算程序。对该并联机构进行了运动性能分析,包括机构的工作空间分析、奇异性分析、灵巧性分析。其中在机构奇异性分析时,分别使用了代数法中的矢量分析法和机构可操作度指标。本文提出了一种适用于改进的Delta并联机构参数优化的方法,在本文中使用能反应点与工作空间边界相对位置的点的权的相关概念建立了目标函数。在求解目标函数的最优解时,使用了遗传算法(GA)。在虚拟样机仿真软件ADAMS中建立了该并联机构的参数化模型,分析ADAMS环境下建立的参数化模型时,只需要改变设计变量值的大小,虚拟样机模型即可自动更新。应用ADAMS软件提供的点驱动、样条函数和测量等功能对该并联机构的位置反解和本文中提及的参数优化方法的有效性和正确性进行了验证。
关文魁[4]2012年在《基于并联机构的车刀刃磨装置研究》文中研究表明刀具在金属切削加工工艺系统中占有重要的地位，其切削性能直接影响着机械加工的质量、效率和成本。刀具刃磨是指刀具制造和使用过程中的重磨，刃磨的自动化是制造业进一步发展的必然要求，本文从普通外圆车刀的刃磨原理出发，主要进行了以下几个方面的研究：分析车刀的基本结构参数、几何角度和刃磨方法，建立了以刀尖为坐标原点的车刀坐标系，推导了车刀各刀面的法矢量方程式，给出了各刀面从安装初始位姿到刃磨位姿的姿态变换矩阵和刃磨过程的坐标变换数学模型。根据车刀刃磨过程中姿态调整的需要，对具有纯转动并联机构进行分析总结，依据并联机构的类型、机构组成原理构建了一种可实现空间叁转动自由度的并联机构。该机构具有驱动简单和便于控制的优点。对机构进行运动学特性分析，为其工程应用奠定理论基础。并联机构位置分析中根据机构构型特点容易得到位置的逆解，而在正运动学求解中存在多解性，比较复杂，本文建立以四元数为变量的正解运动学方程，求出机构正解。并采用矢量法推导机构的速度映射模型，得到雅克比矩阵。对其运动学的速度及加速度问题也进行了分析。利用MATLAB Simulink功能下的SimMechanics工具箱建立机构的模型，对机构进行了运动学仿真，以此验证理论分析的结果。通过对机构各尺寸参数做归一化处理，分析各参数对动平台摆动范围的影响，以使设计的机构行程满足车刀姿态调整的需要。并对部分重要的零部件进行设计，利用Pro/E建立了机构的虚拟样机模型。并基于MATLAB GUI功能建立机构逆解的运算程序，将其封装为独立运行的程序。
参考文献：
[1]. 并联数控刀具磨床的动力学优化设计[D]. 郭祖华. 北京航空航天大学. 2002
[2]. 一种2UPS-UPR并联机床的设计理论与关键技术研究[D]. 赵亮. 东北大学. 2010
[3]. 改进的Delta型并联机器人机构运动性能研究[D]. 许敏. 东北大学. 2007
[4]. 基于并联机构的车刀刃磨装置研究[D]. 关文魁. 陕西理工学院. 2012
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