【正文】 關(guān)節(jié)誤差的累積和放大，而并聯(lián)機構(gòu)的此種累積和放大關(guān)系相對較小，故其誤差小、輸出精度高；第三 ， 串聯(lián)機構(gòu)的驅(qū)動電機及傳動系統(tǒng)大都放在運動著的大小臂上，增加了系統(tǒng)的慣性，影響了動力性能，而并聯(lián)機構(gòu)便于將電機置于基座上，減小了 運動負荷。 機構(gòu)的發(fā)明與發(fā)展同人類的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，它促進著生產(chǎn)力的發(fā)展、生產(chǎn)工具的改進和人類生活水平的不斷提高。 1978 年 ,Hunt 建議將 Stewart 平臺用做機器人 ,并指出由于該機構(gòu)同串連機構(gòu)相比所具有的精度高、剛度高的優(yōu)勢 ,非常值得在機器人領(lǐng)域展開深入研究 ,這可以看作并聯(lián)機構(gòu) ,特別是 Stewart 平臺在機器人領(lǐng)域的研究起點。 第 2 頁 在并聯(lián)機床的研究上，并聯(lián)機構(gòu)是并聯(lián)機床的理論和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。而空間并聯(lián)機構(gòu)在工業(yè)中的應(yīng)用正是在這一時刻營運而生，她以所具有的剛度大、承載能力強、精度高、自重負荷小、動力性能好等一些列優(yōu)點，與目前廣泛應(yīng)用的串聯(lián)式機構(gòu)在應(yīng)用上構(gòu)成互補關(guān)系。 由于并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度好 、承載能力大、位置精度高等優(yōu)點 ， 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 ，人們對并聯(lián)機構(gòu)的研究如 火如荼 ，不斷致力于新型并聯(lián)機構(gòu)的研發(fā) 。 workspace 。 achieved by numerical methods body forward position。最后基于 ADAMS 軟件平臺，建立了 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的三維實體簡化模型，對 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的運動進行了仿真。 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目： 空間 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的運動分析與仿真 題目類型： 論文型 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 年 級： 級 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教 師： 日 期： 2021611 第 II 頁 摘要 3PRS 并聯(lián)機構(gòu)是空間三自由度機構(gòu)，該機構(gòu)具有支鏈數(shù)目少、結(jié)構(gòu)對稱、驅(qū)動器易于布置、承載能力大、易于實現(xiàn)動平臺大姿態(tài)角運動等特點，目前已在工程中得到成功應(yīng)用。本文的研究為3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(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)機構(gòu)簡介 3 并聯(lián)機構(gòu)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 少自由度機構(gòu)介紹 7 少自由度的研究意義 7 少 自由度并聯(lián)機構(gòu)的研究現(xiàn)狀 ............................................................... 8 本文主要研究內(nèi)容 9 第 2 章 并聯(lián)機構(gòu)的組成原理及運動學(xué)分析 ................... 10 引言 10 并聯(lián)機構(gòu)自由度分析 10 并聯(lián)機構(gòu)的組成原理 11 并聯(lián)機構(gòu)的研究內(nèi)容 12 運動學(xué)分析 13 工作空間分析 13 本章小結(jié) 14 第 3 章 3PRS 并聯(lián)機構(gòu)位置分析 15 第 V 頁 引言 15 空間 3RPS 并聯(lián)機構(gòu) 15 機構(gòu)組成 15 3RPS 并聯(lián)平臺機構(gòu)的位姿描述 .......................................................... 16 3RPS 并聯(lián)平臺機構(gòu)位姿解耦 .............................................................. 21 3RPS 并聯(lián)平臺機構(gòu)的位姿反解 22 3RPS 并聯(lián)平臺機構(gòu)的位置正解 25 本章小結(jié)： 27 第 4 章 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的工作空間分析 ..................... 28 引言 28 3RPS 并聯(lián)平臺機構(gòu)的工作空間分析 .......................................................... 28 機構(gòu)的運動學(xué)約束 28 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)工作空間邊界的確定 .................................................. 30 工作空間分析算例 31 工作空間體積的計算方法 32 本章小結(jié) 33 第 5 章 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的仿真與應(yīng)用 34 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的的三維建模 34 ADAMS 軟件介紹 34 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的建模 34 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的運動仿真 36 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用 37 本章小結(jié) 40 第 VI 頁 總結(jié)與體會 41 謝 辭 42 參考文獻 43 第 VII 頁 前 言 機構(gòu)的發(fā)明與發(fā)展同人類的生產(chǎn) 、生活息息相關(guān) ，它促進著生產(chǎn)力的發(fā)展 、 生產(chǎn)工具的改進和人類生活水平的不斷提高。 本文主要研究 3RPS 并聯(lián)機構(gòu)，通過對其運動特點分析，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)機構(gòu)設(shè)計與 應(yīng)用打下基礎(chǔ)。并聯(lián)機構(gòu)的出現(xiàn)，不僅引起了世界各國的廣泛關(guān)注，而且被譽為 “機床結(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 就進行了空間機構(gòu)理論的研究 [19]。 1979 年 MacCallion 設(shè)計出第一臺基于 Stewart 平臺的機械手臂 [21],將其應(yīng)用在自動化裝配上 ,從此以后 Stewart 平臺也稱作并聯(lián)機器人。從三國時期諸葛亮的 “木牛流馬 ”到捷克作家查培克筆下強壯的“Ro—bot”，無不體現(xiàn)著人類對新技術(shù)、新機構(gòu)的幻想與渴望。此外，并聯(lián)機構(gòu)還具有運動速度高、部件簡單、便于控制、通用程度好等優(yōu)點。 1965 年德國的 最先提出將并聯(lián)機構(gòu)應(yīng)用于作訓(xùn)飛機駕駛員的飛行模擬器， 1978 年 Hunt 等人提出將并聯(lián)機構(gòu)用于機器手。這些并聯(lián)機床的推出引起了極大的轟動 ,被稱作 “機床行業(yè)的革命 ”“是 21 世紀的新一代數(shù)控加工設(shè)備 ”[22][23],但此時的 第一代并聯(lián)機床還只能稱作原型樣機 ,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)家基金會提議在意大利米蘭召開了第一屆國際并聯(lián)運動學(xué)機器 第 5 頁 專題研討會 ,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。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。從事機器robots)研究的機構(gòu)有 17 家 ,從事定位、定向并聯(lián)裝置 (devices for position and orientation)研究的機構(gòu)有 25 家 。到北京第屆中國國際機床展覽會 (CIMT?97)時 ,俄羅斯 Lapik 公司展出了加工、測量兩用 TM750 型并聯(lián)機床 (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)機床的應(yīng)用前景 ,并在隨后的一段時間里有力地促進了中國并聯(lián)機床的研究工作。哈爾濱工業(yè)大學(xué)并在 2021 年的中國國際機床展覽會上推出了與哈爾濱量具刃具廠合作開發(fā)的 6SPS 并聯(lián)機床 ,在 2021 年的中國國際機床展覽會上二者聯(lián)合展出了 7 自由度并聯(lián)機床。一個不受任何約束的自由體在空間有 6 個自由度，即 3 個方向移動的自由 度和 3 個方向轉(zhuǎn)動的自由度。 少自由度的研究意義 少自由度并聯(lián)機 構(gòu)最大的特點是自由度少于六，動平臺受到約束。對動平臺而言 ，約束的不確定性導(dǎo)致其運動自由度的改變，如非期望的運動輸出或暫時自由度減少甚至消失。這也是無過約束少自由度并聯(lián)機構(gòu)的設(shè)計問題逐漸受到重視的原因。 相對于 6 自由度并聯(lián)機構(gòu)來說，少自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)有下列優(yōu)點： ① 驅(qū)動 件減少，構(gòu)件少； ② 工作空間大； ③ 運動耦合較弱，容易解耦； ④ 控制簡單方便； ⑤ 制造容 易，價格低廉； 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，提出了許多新機型并已研制出多臺樣機。 第三章分析機構(gòu)的組成與運動特點，針對 3PRS 并聯(lián)機構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)特點，對機構(gòu)運動的反解與正解進行了分析。 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，簡要歸 納該章所得結(jié)論。 并聯(lián)機構(gòu)自由度分析 構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。運動副每引入 1 個約束，構(gòu)件就失去 1 個自由度。早在１９世紀，德國和俄國的機構(gòu)學(xué)家對此就有了比較完善的數(shù)學(xué)表達。 具有相同分支的少自由度并聯(lián)機構(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)機構(gòu)存在過約束。 并聯(lián)機構(gòu)也可分為空間、平面和球面并聯(lián)機構(gòu)三種類型。另一方面是動力學(xué)。它是一臺以 Stewart 平臺為 第 13 頁 基礎(chǔ)的 5 坐標立式加工中心，標志著機床設(shè)計開始采用并聯(lián)機構(gòu)，是機床結(jié)構(gòu)重大改革的里程碑，被譽為 “21世紀機床 ”. 運動學(xué)分析 并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)分析是機構(gòu)性能研究的重要組成部分之一。當(dāng)給定并聯(lián)機構(gòu)各驅(qū)動器的位置參數(shù)，求解末端執(zhí)行器的位姿參數(shù)，稱為并聯(lián)機構(gòu)運動位置正解問題。工作空間一般由機構(gòu)自身結(jié)構(gòu)以及尺寸決定，同時又是機構(gòu)設(shè)計時某些參數(shù)設(shè)定的依據(jù)，因此工作空間分析是并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)設(shè)計中的重要內(nèi)容。可達工作空間為操 作器上某一參考點可以達到的所有點的集合，此類工作空間不考慮操作