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《天津大学》 2007年
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一种新型三自由度并联机构的设计理论与方法

吴孟丽  
【摘要】: 本文密切结合开发新型可重构微型制造装备的需求,系统研究了一种空间非对称并联机构TAM的概念设计、工作空间分析与综合、位置正解分析、静力学分析与静平衡等问题。论文主要工作如下: 1在分析少自由度并联机构组成原理的基础上,对一种新型三平移自由度非对称并联机构TAM进行型数综合。该机构由一条恰约束主动支链和若干无约束主动支链构成,具有与SKM400机构相同数目和类型的自由度,且继承了其全部结构特征。 2考虑平面结构约束主动支链的限制,对TAM机构提出了一种尺度综合方法。该方法根据机构尺度参数对操作性能的影响规律,通过引入平面结构允许转角、操作性能的近似轴对称和UPU支链杆长比等约束条件,将尺度综合问题转化为求解一类非线性方程组问题。研究结果表明,在任务空间和尺度参数等同条件下,TAM机构与SKM400机构具有极为相近的运动学性能。 3针对TAM机构的特定装配模式,采用解析法和数值法对机构的位置正解问题进行了研究。解析法表明该机构没有产生非装配模式的正解,形式比较简单。数值法采用了Newton-Raphson迭代法和基于位置逆解的雅可比算法。研究结果表明,这两种数值法仅在计算精度上有所差异,均可满足实时监控的要求。 4利用一种虚位移方法分析空间少自由度非对称并联机构的静力学问题,该方法在传统的虚位移原理法中引入影响系数,并与广义坐标结合,形成广义速度与虚位移的统一。采用弹簧平衡机构自重,进行了参数优化设计,使得各支链的驱动力在平衡后大幅下降,计算结果表明静平衡是成功的。 上述研究成果不但为指导一种TAM机构的设计奠定了坚实的理论基础,而且对开发同类微型可重构制造装备具有重要的参考价值。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TH112

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