并联跟踪机构的设计与分析
发布时间：2023-03-23 23:22
借助二自由度球面五杆并联机构设计出一种具有结构精简,杆件数量少,操作灵活,控制简便的新型跟踪机构,它能够实现空间寻的和跟踪控制功能。通过对其运动学、动力学和有限元等方面的分析和优化,使机构在电机的驱动下满足较高运动精度、快速性、稳定性和抗干扰能力等特性,能用于大载荷或者高速、精确的机构运动场合,它无论是在农用、医用、民用还是军用都有十分广阔的发展前景。 研究主要包括以下几方面内容: 1.并联跟踪机构的运动学 根据机器人学的原理为机构的数学模型建立坐标系,通过D-H矩阵的方法求解得到机构的运动学正反解,以及速度关系的雅克比矩阵,并通过数字仿真验证结果的准确性。 2.并联跟踪机构的动力学 参照平面机构平衡问题的研究方法以及惯性力、惯性力矩的平衡原理,将其一般化,用来解决空间五杆并联机构的平衡问题。通过计算出空间机构的总质量矩,使之保持常量,即保持总质心不动,得到惯性力平衡条件;通过计算出空间机构的总动量矩,得到惯性力矩的表达公式。然后,对平衡条件进行了分析,为机构的动态设计提出了依据。最后在此基础上导出惯性系中并联跟踪机构的驱动力矩表达,初步分析了输入的条件和驱动力矩之间的关系。 3.并联...
【文章页数】：163 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 序言
1.1 研究的背景和意义
1.2 并联机构的国、内外研究现状
1.3 本文的研究内容及安排
第二章 并联跟踪机构的运动学分析
2.1 机构的运动学研究的数学基础
2.1.1 位置描述
2.1.2 方位描述
2.1.3 位姿描述
2.2 机构的结构形式及坐标系的建立
2.3 二自由度球面并联机构的运动学求解
2.3.1 位置正解
2.3.2 反解
2.3.3 雅可比矩阵（Jaccobin）
2.4 运动学正反解验证
2.4.1 建模仿真
2.4.2 误差分析
2.5 本章小结
第三章 并联跟踪机构的动力学分析
3.1 平衡问题的研究和意义
3.2 机构的惯性力平衡条件分析
3.2.1 球面五杆机构部分的质量矩
3.2.2 平行四杆机构部分的质量矩
3.2.3 机构的总质量矩
3.3 机构的惯性力矩平衡分析
3.3.1 球面五杆机构的动量矩
3.3.2 平行四杆机构的动量矩
3.3.3 机构惯性力平衡后的总动量矩
3.3.4 机构惯性力平衡后机构的惯性力矩分析
3.4 惯性系下机构的驱动力矩计算和分析
3.4.1 球面五杆机构运动的动能表示
3.4.2 平行四杆机构运动的动能表示
3.4.3 机构运动的总动能
3.4.4 机构运动的总势能
3.4.5 惯性力下机构的驱动力矩
3.5 惯性系中机构的驱动扭矩数值仿真
3.6 惯性系中机构的驱动力矩计算反解
3.7 非惯性系下机构的惯性力（矩）和驱动力矩分析
3.7.1 非惯性系中的惯性力（矩）平衡研究
3.8 本章小结
第四章 并联跟踪机构的有限元分析
4.1 有限元建模思想以及分析过程
4.1.1 有限元建模思想
4.1.2 有限元分析过程
4.2 有限元分析模型准备和静载荷计算
4.2.1 前处理准备
4.2.2 求解计算
4.2.3 后处理
4.3 有限元静力分析和强度校核
4.4 刚度分析
4.4.1 机构刚度
4.4.2 单元刚度矩阵和质量矩阵
4.5 模态分析
4.5.1 模态分析理论
4.5.2 模态分析实例仿真
4.6 谐波响应分析
4.7 结构优化
4.8 本章小结
第五章 并联跟踪机构的三维交互式仿真
5.1 仿真平台简介
5.1.1 OPENGL 简介
5.1.2 STL 文件简介[66]
5.2 三维交互仿真设计流程
5.2.1 OpenGL 初始化环境
5.2.2 导入几何模型
5.2.3 机构的动静控制
5.2.4 场景的旋转和缩放
5.2.5 （角）速度调整
5.2.6 数字实时显示角度和时间
5.3 仿真结果
5.4 本章小结
第六章 全文总结
6.1 主要结论
6.1.1 二自由度球面并联跟踪机构的运动学
6.1.2 二自由度球面并联跟踪机构的动力学
6.1.3 二自由度球面并联跟踪机构的有限元
6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
攻读硕士学位期间参与的科研项目
致谢
本文编号：3768961
【文章页数】：163 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 序言
1.1 研究的背景和意义
1.2 并联机构的国、内外研究现状
1.3 本文的研究内容及安排
第二章 并联跟踪机构的运动学分析
2.1 机构的运动学研究的数学基础
2.1.1 位置描述
2.1.2 方位描述
2.1.3 位姿描述
2.2 机构的结构形式及坐标系的建立
2.3 二自由度球面并联机构的运动学求解
2.3.1 位置正解
2.3.2 反解
2.3.3 雅可比矩阵（Jaccobin）
2.4 运动学正反解验证
2.4.1 建模仿真
2.4.2 误差分析
2.5 本章小结
第三章 并联跟踪机构的动力学分析
3.1 平衡问题的研究和意义
3.2 机构的惯性力平衡条件分析
3.2.1 球面五杆机构部分的质量矩
3.2.2 平行四杆机构部分的质量矩
3.2.3 机构的总质量矩
3.3 机构的惯性力矩平衡分析
3.3.1 球面五杆机构的动量矩
3.3.2 平行四杆机构的动量矩
3.3.3 机构惯性力平衡后的总动量矩
3.3.4 机构惯性力平衡后机构的惯性力矩分析
3.4 惯性系下机构的驱动力矩计算和分析
3.4.1 球面五杆机构运动的动能表示
3.4.2 平行四杆机构运动的动能表示
3.4.3 机构运动的总动能
3.4.4 机构运动的总势能
3.4.5 惯性力下机构的驱动力矩
3.5 惯性系中机构的驱动扭矩数值仿真
3.6 惯性系中机构的驱动力矩计算反解
3.7 非惯性系下机构的惯性力（矩）和驱动力矩分析
3.7.1 非惯性系中的惯性力（矩）平衡研究
3.8 本章小结
第四章 并联跟踪机构的有限元分析
4.1 有限元建模思想以及分析过程
4.1.1 有限元建模思想
4.1.2 有限元分析过程
4.2 有限元分析模型准备和静载荷计算
4.2.1 前处理准备
4.2.2 求解计算
4.2.3 后处理
4.3 有限元静力分析和强度校核
4.4 刚度分析
4.4.1 机构刚度
4.4.2 单元刚度矩阵和质量矩阵
4.5 模态分析
4.5.1 模态分析理论
4.5.2 模态分析实例仿真
4.6 谐波响应分析
4.7 结构优化
4.8 本章小结
第五章 并联跟踪机构的三维交互式仿真
5.1 仿真平台简介
5.1.1 OPENGL 简介
5.1.2 STL 文件简介[66]
5.2 三维交互仿真设计流程
5.2.1 OpenGL 初始化环境
5.2.2 导入几何模型
5.2.3 机构的动静控制
5.2.4 场景的旋转和缩放
5.2.5 （角）速度调整
5.2.6 数字实时显示角度和时间
5.3 仿真结果
5.4 本章小结
第六章 全文总结
6.1 主要结论
6.1.1 二自由度球面并联跟踪机构的运动学
6.1.2 二自由度球面并联跟踪机构的动力学
6.1.3 二自由度球面并联跟踪机构的有限元
6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
攻读硕士学位期间参与的科研项目
致谢
本文编号：3768961
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