【正文】 幾年，隨著精益生產(chǎn)、敏捷制造、虛擬制造、并行工程和逆向工程等各種先進(jìn)制造思想和理論的不斷提出，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)精度、并聯(lián)機(jī)構(gòu)效率及靈活性等相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)又提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的具有笛卡兒坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的三并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)因其自身結(jié)構(gòu)的限制已很難達(dá)到這一要求，于是，各種非笛卡兒式并聯(lián)機(jī)構(gòu)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并迅速發(fā)展起來(lái) [13]。在國(guó)家自然科 學(xué)基金委員會(huì)的支持下，中國(guó)大陸地區(qū)從事這方面研究的骨干力量，于 1999 年 6 月在清華大學(xué)召開(kāi)了我國(guó)第一屆并聯(lián)機(jī)器人與并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研討會(huì)，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀、未來(lái)趨勢(shì)以及亟待解決的問(wèn)題進(jìn)行了研討。由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì) 動(dòng)議， 1998 年在意大利米蘭召開(kāi)了第一屆國(guó)際并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器專(zhuān)題研討會(huì)，并決定第二屆研討會(huì)于 2021 年在美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)舉行。Lewis 公司和 Hexal 公司首次展出了稱(chēng)為“六足蟲(chóng)” (Hexapod)和“變異型” (VARIAX)的數(shù)控機(jī)構(gòu)與加工中心，引起轟動(dòng)。裝備機(jī)械手腕、高能束源或 CCD 攝像機(jī)等末端執(zhí)行器，還可完成精密裝配、特種加工與并聯(lián)機(jī)構(gòu)等作業(yè)。 并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是機(jī)器人技術(shù)與機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，與實(shí)現(xiàn)等同功能的傳統(tǒng)五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 剛度重量比大：因采用并聯(lián)閉環(huán)靜定或非靜定桿系結(jié)構(gòu)，且在準(zhǔn)靜態(tài)情況下，傳動(dòng)構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿，故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的單位重量具有很高 的承載能力。 90176。 virtual prototype。 關(guān)鍵詞 ： 三自由度；虛擬樣機(jī)；并聯(lián)機(jī)構(gòu) III Abstract Parallel mechanism with high rigidity, strong bearing capacity, small error, high precision, small selfweight loading ratio, good dynamic performance, easy control and a series of advantages can be used as a submarine rescue docking docking device, maritime space on。 本文并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究方向： （ 1） 并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成原理的研究 研究并聯(lián)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算、運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型、支鉸類(lèi)型以及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、建模與仿真等問(wèn)題。 （ 2）并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)空間的研究 包括運(yùn)動(dòng)空間分析及仿真、可達(dá)工作空間求解（如數(shù)值求解法、球坐標(biāo)搜索法等）、機(jī)構(gòu)干涉計(jì)算及位置分析等。 the industry can be used as micro actuator assembly machines, large precision operation。 IV 目 錄 第 1章 前 言 .............................................................. 1 課題研究背景 意義 ................................................... 5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................... 6 第 2章 三自由度并聯(lián)的結(jié)構(gòu)及工作原理 ....................................... 9 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)概述 ................................................... 9 三自由度并聯(lián)的結(jié)構(gòu)及機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理 ................................... 9 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 ............................................ 10 并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間的分析 ............................................ 11 第 3章 并聯(lián)機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計(jì) ............................................ 13 電動(dòng)機(jī)選型 ........................................................ 13 電機(jī)的分類(lèi) ................................................... 13 電機(jī)的選擇 ................................................... 13 電動(dòng)推桿選擇 ...................................................... 14 機(jī)構(gòu) 力的計(jì)算 ...................................................... 17 第 4章 并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)并聯(lián)機(jī)構(gòu)空間分析 ........................................ 23 并聯(lián)機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束 .................................... 23 連桿桿長(zhǎng)約束 ................................................ 23 運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)角約束 .............................................. 23 連桿桿間干涉 ................................................ 24 確定并聯(lián)機(jī)構(gòu)空間的基本方法 ........................................ 24 第 5章 三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)三維建模 ......................................... 25 設(shè)計(jì)結(jié)果 .......................................................... 25 并聯(lián)機(jī)構(gòu) solidworks 三維建模 ....................................... 25 第 6章 Adαms 建模過(guò)程 .................................................... 26 Adams 軟件介紹 .................................................... 26 Adams 軟件簡(jiǎn)介 ............................................... 26 ADAMS 軟件基本模塊 ........................................... 28 Adams 建模過(guò)程 .................................................... 31 啟動(dòng) ADAMS................................................... 32 設(shè)置工作環(huán)境 ................................................ 32 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副、移動(dòng)副、移 動(dòng)驅(qū)動(dòng)、固定約束 ...................... 33 仿真結(jié)果 .......................................................... 36 結(jié) 論 .................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ................................................................. 39 致 謝 .................................................................... 40 1 全套設(shè)計(jì)請(qǐng)加 197216396或 401339828 2 3 4 5 第 1 章 前 言 課題研究背景 意義 并聯(lián)機(jī)器人與已經(jīng)用的很好、很廣泛的串聯(lián)機(jī)器人相比往往使人感到它并不適合用作機(jī)器人，它沒(méi)有那么大的活動(dòng)空間，它活動(dòng)上平臺(tái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如串聯(lián)機(jī)器人手部來(lái)得靈活?？墒呛褪澜缟先魏问挛镆粯佣际且环譃槎?，若用并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)比串聯(lián)式的缺點(diǎn)，也同樣令人吃驚。 響應(yīng)速度快：運(yùn)動(dòng)部件慣性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，允許動(dòng)平臺(tái)獲得很高的進(jìn)給速度和加速度，因而特別適于各種高速數(shù)控作業(yè)。 技術(shù)附加值高：并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有“硬件”簡(jiǎn)單，“軟件”復(fù)雜的特點(diǎn)，是一種技術(shù)附加值很高的機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此可望獲得高額 的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。此后，英國(guó) Geodetic 公司，6 俄羅斯 Lapik 公司，挪威 Multicraft 公司，日本豐田、日立、三菱等公司 ,瑞士 ETZH 和IFW 研究所，瑞典 NeosRobotics 公司，丹 麥 Braunschweig 公司，德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)、漢諾威大學(xué)和斯圖加特大學(xué)等單位也研制出不同結(jié)構(gòu)形式的數(shù)控銑床、激光加工和水射流機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)和加工中心。 1994～ 1999 年期間，在歷次大型國(guó)際機(jī)構(gòu)博覽會(huì)上均有這類(lèi)新型機(jī)構(gòu)參展，并認(rèn)為可望成為 21 世紀(jì)高速輕型數(shù)控加工的主力裝備。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度、重量輕、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)化程度高和模塊化程度高等優(yōu)點(diǎn) ,在要求精密加工的航空航天、兵器、船舶、電子等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。 圖 12 幾種非笛卡爾串聯(lián)機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)需求快速變化的特點(diǎn)和 21 世紀(jì)更加個(gè)性化的市場(chǎng)趨勢(shì)，促進(jìn)了快速設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展。 近年來(lái)，以并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)為理論依據(jù)的智能機(jī)器人技術(shù)及計(jì)算機(jī)數(shù)控加工技術(shù)的研究引起了各國(guó)學(xué)者的極大興趣，現(xiàn)已成為新的研究熱點(diǎn)，并認(rèn)為是 21 世界極具發(fā)展前景的先進(jìn)技術(shù) [1415]。傳統(tǒng)的笛卡 兒式并聯(lián)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)對(duì)空間位置坐標(biāo)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)是直接通過(guò)三個(gè)相互垂直的長(zhǎng)度基準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)，這種并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)模型是直接建立在直角坐標(biāo)系基礎(chǔ)之上的，因而該并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)建模容易，并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)果直觀(guān)、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單、符合大多數(shù)工件并聯(lián)機(jī)構(gòu)的需要等優(yōu)點(diǎn)。例如：德國(guó)漢諾威、斯圖加特大學(xué)及不倫瑞克大學(xué)等已先后將并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于激光加工、機(jī)構(gòu)、普通裝配及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中。由空間機(jī)構(gòu)學(xué)理論可知并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)的位置反解比較容易，但其位置正解卻相當(dāng)復(fù)雜，到目前為止，也只能給出其數(shù)值解，且明顯存在多解現(xiàn)象。每個(gè)連桿包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)副，其中轉(zhuǎn)動(dòng)10 副與上三角平臺(tái)的頂點(diǎn)相連，球面副則與下三角平臺(tái)的頂點(diǎn)相連，中間的移動(dòng)副可在桿長(zhǎng)的約束范圍內(nèi)做軸向伸縮運(yùn)動(dòng)，的測(cè)頭則安裝在下三角平臺(tái)的幾何中心點(diǎn)位置。從機(jī)構(gòu)的連接方式不難看出，三個(gè)中間連桿的運(yùn)動(dòng)是相互關(guān)聯(lián)和制約的，而不是相互分立的，因此，這種機(jī)構(gòu)屬于并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。伺服電機(jī)控制單元?jiǎng)t主要是依據(jù) PC 計(jì)算機(jī)所發(fā)送的控制指令對(duì)三個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，從而確保他們按實(shí)際要求正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若測(cè)頭移動(dòng)過(guò)程中，連桿或運(yùn)動(dòng)副出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，則驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將立即向計(jì)算機(jī)反饋信息，以便通知計(jì)算機(jī)及時(shí)調(diào)整三個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)修正測(cè)頭的運(yùn)行軌跡，從而確保測(cè)頭安全、柔性地到達(dá)并聯(lián)機(jī)構(gòu)點(diǎn)位置。 12 完全工作空間（ Complete workplace）：動(dòng)