【正文】 關(guān)節(jié)誤差的累積和放大，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)的此種累積和放大關(guān)系相對(duì)較小，故其誤差小、輸出精度高；第三 ， 串聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)大都放在運(yùn)動(dòng)著的大小臂上，增加了系統(tǒng)的慣性，影響了動(dòng)力性能，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)便于將電機(jī)置于基座上，減小了 運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。 機(jī)構(gòu)的發(fā)明與發(fā)展同人類的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，它促進(jìn)著生產(chǎn)力的發(fā)展、生產(chǎn)工具的改進(jìn)和人類生活水平的不斷提高。 1978 年 ,Hunt 建議將 Stewart 平臺(tái)用做機(jī)器人 ,并指出由于該機(jī)構(gòu)同串連機(jī)構(gòu)相比所具有的精度高、剛度高的優(yōu)勢 ,非常值得在機(jī)器人領(lǐng)域展開深入研究 ,這可以看作并聯(lián)機(jī)構(gòu) ,特別是 Stewart 平臺(tái)在機(jī)器人領(lǐng)域的研究起點(diǎn)。 第 2 頁 在并聯(lián)機(jī)床的研究上，并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)床的理論和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。而空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)中的應(yīng)用正是在這一時(shí)刻營運(yùn)而生，她以所具有的剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、自重負(fù)荷小、動(dòng)力性能好等一些列優(yōu)點(diǎn)，與目前廣泛應(yīng)用的串聯(lián)式機(jī)構(gòu)在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系。 由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度好 、承載能力大、位置精度高等優(yōu)點(diǎn) ， 吸引了國內(nèi)外工程界與學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注 ，幾十年來 ，人們對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究如 火如荼 ，不斷致力于新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研發(fā) 。 workspace 。 achieved by numerical methods body forward position。最后基于 ADAMS 軟件平臺(tái)，建立了 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體簡化模型，對(duì) 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題 目： 空間 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與仿真 題目類型： 論文型 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 年 級(jí)： 級(jí) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教 師： 日 期： 2021611 第 II 頁 摘要 3PRS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)是空間三自由度機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有支鏈數(shù)目少、結(jié)構(gòu)對(duì)稱、驅(qū)動(dòng)器易于布置、承載能力大、易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)大姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，目前已在工程中得到成功應(yīng)用。本文的研究為3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了參考。 based driver Vice trip, hinge angle, rod size interference and other constraints set constraints, using the limit boundary search algorithm for searching for the 3PRS parallel mechanism of the working space, analysis of the sector space characteristics, and a working space of volume. Finally, based on ADAMS software platform, the establishment of the 3RPS parallel mechanism of threedimensional solid simplified model of 3RPS parallel mechanism of the movement is simulated. This study for the 3RPS parallel mechanism structure provides a reference design and application. Key word: 3PRS parallel mechanism。 motion simulation. 第 IV 頁 目 錄 摘要 II ABSTRACT III 前 言 VII 第 1 章 緒論 1 課題研究的意義 1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)簡介 3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 少自由度機(jī)構(gòu)介紹 7 少自由度的研究意義 7 少 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀 ............................................................... 8 本文主要研究內(nèi)容 9 第 2 章 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的組成原理及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 ................... 10 引言 10 并聯(lián)機(jī)構(gòu)自由度分析 10 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的組成原理 11 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究內(nèi)容 12 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 13 工作空間分析 13 本章小結(jié) 14 第 3 章 3PRS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置分析 15 第 V 頁 引言 15 空間 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu) 15 機(jī)構(gòu)組成 15 3RPS 并聯(lián)平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位姿描述 .......................................................... 16 3RPS 并聯(lián)平臺(tái)機(jī)構(gòu)位姿解耦 .............................................................. 21 3RPS 并聯(lián)平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位姿反解 22 3RPS 并聯(lián)平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置正解 25 本章小結(jié)： 27 第 4 章 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間分析 ..................... 28 引言 28 3RPS 并聯(lián)平臺(tái)機(jī)構(gòu)的工作空間分析 .......................................................... 28 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束 28 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間邊界的確定 .................................................. 30 工作空間分析算例 31 工作空間體積的計(jì)算方法 32 本章小結(jié) 33 第 5 章 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的仿真與應(yīng)用 34 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的的三維建模 34 ADAMS 軟件介紹 34 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的建模 34 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 36 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 37 本章小結(jié) 40 第 VI 頁 總結(jié)與體會(huì) 41 謝 辭 42 參考文獻(xiàn) 43 第 VII 頁 前 言 機(jī)構(gòu)的發(fā)明與發(fā)展同人類的生產(chǎn) 、生活息息相關(guān) ，它促進(jìn)著生產(chǎn)力的發(fā)展 、 生產(chǎn)工具的改進(jìn)和人類生活水平的不斷提高。 本文主要研究 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過對(duì)其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析，位姿的正反解推導(dǎo)，及三維模型的建模與仿真，為以后的并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與 應(yīng)用打下基礎(chǔ)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，不僅引起了世界各國的廣泛關(guān)注，而且被譽(yù)為 “機(jī)床結(jié)構(gòu)的重大革命 ”，值得 制造業(yè)給予高度的重視。早在1890~1894 年 ,Clerk 和 就進(jìn)行了空間機(jī)構(gòu)理論的研究 [19]。 1979 年 MacCallion 設(shè)計(jì)出第一臺(tái)基于 Stewart 平臺(tái)的機(jī)械手臂 [21],將其應(yīng)用在自動(dòng)化裝配上 ,從此以后 Stewart 平臺(tái)也稱作并聯(lián)機(jī)器人。從三國時(shí)期諸葛亮的 “木牛流馬 ”到捷克作家查培克筆下強(qiáng)壯的“Ro—bot”，無不體現(xiàn)著人類對(duì)新技術(shù)、新機(jī)構(gòu)的幻想與渴望。此外，并聯(lián)機(jī)構(gòu)還具有運(yùn)動(dòng)速度高、部件簡單、便于控制、通用程度好等優(yōu)點(diǎn)。 1965 年德國的 最先提出將并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于作訓(xùn)飛機(jī)駕駛員的飛行模擬器， 1978 年 Hunt 等人提出將并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于機(jī)器手。這些并聯(lián)機(jī)床的推出引起了極大的轟動(dòng) ,被稱作 “機(jī)床行業(yè)的革命 ”“是 21 世紀(jì)的新一代數(shù)控加工設(shè)備 ”[22][23],但此時(shí)的 第一代并聯(lián)機(jī)床還只能稱作原型樣機(jī) ,大多數(shù)僅僅能夠加工臘模等易加工材料 (如圖 9所示 )。 圖 13 9Octahedral Hexapod 加工臘模過程 圖 14 俄羅斯 TM750 95 年以后 ,并聯(lián)數(shù) 控機(jī)床的研究與開發(fā)一直得到國內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界的廣泛重視 ,1998 年由美國科學(xué)家基金會(huì)提議在意大利米蘭召開了第一屆國際并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器 第 5 頁 專題研討會(huì) ,2021 年又在美國密執(zhí)安召開了第二屆 ,并于 2021 年 4 月底在德國開姆尼斯召開第三屆研討會(huì)。D Centers)共有 19 家 :其中 ,加拿大有 2 家 ,美國有 7 家 ,法國有 1家 ,荷蘭有 7 家 ,德國有 1 家 ,英國有 1 家。從事機(jī)器robots)研究的機(jī)構(gòu)有 17 家 ,從事定位、定向并聯(lián)裝置 (devices for position and orientation)研究的機(jī)構(gòu)有 25 家 。到北京第屆中國國際機(jī)床展覽會(huì) (CIMT?97)時(shí) ,俄羅斯 Lapik 公司展出了加工、測量兩用 TM750 型并聯(lián)機(jī)床 (如圖 7 所示 ),引起了中國許多科研院所、大 學(xué)以及工廠的極大興趣 ,使他們看到了并聯(lián)機(jī)床的應(yīng)用前景 ,并在隨后的一段時(shí)間里有力地促進(jìn)了中國并聯(lián)機(jī)床的研究工作。哈爾濱工業(yè)大學(xué)并在 2021 年的中國國際機(jī)床展覽會(huì)上推出了與哈爾濱量具刃具廠合作開發(fā)的 6SPS 并聯(lián)機(jī)床 ,在 2021 年的中國國際機(jī)床展覽會(huì)上二者聯(lián)合展出了 7 自由度并聯(lián)機(jī)床。一個(gè)不受任何約束的自由體在空間有 6 個(gè)自由度，即 3 個(gè)方向移動(dòng)的自由 度和 3 個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。 少自由度的研究意義 少自由度并聯(lián)機(jī) 構(gòu)最大的特點(diǎn)是自由度少于六，動(dòng)平臺(tái)受到約束。對(duì)動(dòng)平臺(tái)而言 ，約束的不確定性導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)自由度的改變，如非期望的運(yùn)動(dòng)輸出或暫時(shí)自由度減少甚至消失。這也是無過約束少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題逐漸受到重視的原因。 相對(duì)于 6 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)來說，少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)有下列優(yōu)點(diǎn)： ① 驅(qū)動(dòng) 件減少，構(gòu)件少； ② 工作空間大； ③ 運(yùn)動(dòng)耦合較弱，容易解耦； ④ 控制簡單方便； ⑤ 制造容 易，價(jià)格低廉； ⑥ 正向求解簡單。我國燕山大學(xué)、天津大學(xué)、東北大學(xué)等高校和科研院所的一大批學(xué)者也相繼開展了這方面的研究工作，提出了許多新機(jī)型并已研制出多臺(tái)樣機(jī)。 第三章分析機(jī)構(gòu)的組成與運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，針對(duì) 3PRS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的反解與正解進(jìn)行了分析。 各章均以引言開始，簡要介紹該章的研究內(nèi)容及目的；以小結(jié)結(jié)尾，簡要?dú)w 納該章所得結(jié)論。 并聯(lián)機(jī)構(gòu)自由度分析 構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。運(yùn)動(dòng)副每引入 1 個(gè)約束，構(gòu)件就失去 1 個(gè)自由度。早在１９世紀(jì)，德國和俄國的機(jī)構(gòu)學(xué)家對(duì)此就有了比較完善的數(shù)學(xué)表達(dá)。 具有相同分支的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度是長期以來沒有解決的難題，其主要原因是少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在過約束。 并聯(lián)機(jī)構(gòu)也可分為空間、平面和球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)三種類型。另一方面是動(dòng)力學(xué)。它是一臺(tái)以 Stewart 平臺(tái)為 第 13 頁 基礎(chǔ)的 5 坐標(biāo)立式加工中心，標(biāo)志著機(jī)床設(shè)計(jì)開始采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是機(jī)床結(jié)構(gòu)重大改革的里程碑，被譽(yù)為 “21世紀(jì)機(jī)床 ”. 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是機(jī)構(gòu)性能研究的重要組成部分之一。當(dāng)給定并聯(lián)機(jī)構(gòu)各驅(qū)動(dòng)器的位置參數(shù)，求解末端執(zhí)行器的位姿參數(shù)，稱為并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位置正解問題。工作空間一般由機(jī)構(gòu)自身結(jié)構(gòu)以及尺寸決定，同時(shí)又是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)某些參數(shù)設(shè)定的依據(jù)，因此工作空間分析是并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容?？蛇_(dá)工作空間為操 作器上某一參考點(diǎn)可以達(dá)到的所有點(diǎn)的集合，此類工作空間不考慮操作