收藏本站
《天津大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

一类球坐标型混联机器人静刚度建模理论与方法研究

王友渔  
【摘要】: 本文紧密结合新型可重构5自由度混联机器人TriVariant-B的样机开发,系统研究了一类少自由度球坐标型并联构型装备的静刚度解析和半解析建模、有限元分析、性能指标评价及灵敏度分析等相关理论与方法。论文取得了如下创造性成果: 以Tricept和TriVariant系列5自由度混联机器人为例,利用摄动法提出一种构造可描述含恰约束主动/从动支链球坐标型并联机构全变形雅可比矩阵的建模方法,利用该矩阵可有效地分离出上述并联机构操作空间变形与关节空间变形在驱动和约束空间中的映射关系,进而为后续整机静刚度分析奠定了坚实的运动学基础。 利用全变形雅可比矩阵和变形叠加原理,系统研究了少自由度球坐标型并联机构静刚度解析建模方法。该方法利用静态凝聚技术和变形协调条件,有效地解决了恰约束支链弯曲刚度的精准建模问题,修正了前人所提出的结论。研究结果表明,利用全变形雅可比矩阵建立的刚度模型具有列式简洁,物理意义明确,通用性强等优点,并充分体现了速度与刚度模型在数学层面上的内在联系。 以TriVariant-B机器人为例,提出一种计及复杂机架柔性的并联构型装备整机静刚度半解析建模方法。该方法基于结构力学中的子结构综合思想,首先将整机系统分解为机构和机架两个子系统,然后建立各子系统的刚度矩阵,最后利用线性叠加原理构造整机系统的刚度模型。在机架子系统刚度建模中,提出一种采用商用有限元软件及静态凝聚技术构造机架子系统界面刚度模型的有效方法,大幅度提高了计算效率。利用这种建模方法,可在概念设计阶段实现整个工作空间中的整机刚度快速预估,进而为指导系统的详细机械设计提供了有力的工具。 借助商用有限元软件ANSYS的参数化设计语言,系统研究了并联构型装备中各种常用铰链的有限元精确建模技术。提出一种可在不同位形下快速建立整机有限元模型的建模策略与实施方法,有效地提高了计算效率。在此基础上,构造出计及复杂机架柔性的TriVariant-B混联机器人整机刚度有限元模型,并对机架及连架虎克铰等关键零部件的优化设计做了有益的探讨。 以TriVariant-B机器人为例,利用整机系统柔度矩阵的最大奇异值,提出一种可评价并联构型装备线刚度和角刚度性能的评价指标。利用该指标并借助灵敏度分析方法,系统考察了该机器人关键部件弹性对整机刚度的贡献,并揭示出机构子系统无约束主动支链中的铰链拉压刚度和恰约束支链本体扭转刚度是影响整机刚度的薄弱环节。另外,利用该指标并采用多目标遗传算法研究了该机器人机构尺度参数对整机刚度的影响,并据此提出了改进方案。 开展了TriVariant-B机器人物理样机的静刚度实验研究工作。业已证明,由本文提出的半解析模型和有限元分析所得计算结果与实验结果具有良好的一致性,进而验证了它们的有效性。 本文研究成果已成功地应用于新型火焰切割加工装备TriVariant-B机器人的结构设计和开发,同时对其它类似并联构型装备的相关研究提供了有益的借鉴。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP242

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王友渔;赵兴玉;黄田;赵学满;梅江平;;可重构混联机械手TriVariant与Tricept的静动态特性预估与比较[J];天津大学学报;2007年01期
2 崔永征,李建平,孙连奎,韩桂琴;静刚度传感器及测试仪[J];仪表技术与传感器;1987年02期
3 乐林林;李开明;;3-(2SPS)并联机构静刚度分析[J];中国制造业信息化;2010年13期
4 荣伟彬;王乐锋;孙立宁;;3-PPSR并联微动机器人静刚度分析[J];机械工程学报;2008年01期
5 王辉;倪雁冰;李可;;基于多DSP的开放式并联构型装备运动控制器硬件结构设计[J];制造业自动化;2008年06期
6 陆君;文怀兴;吕玉清;;高速立式加工中心主轴箱结构分析及优化[J];机械设计与制造;2010年12期
7 陆君;文怀兴;;DVG850主轴箱静刚度分析[J];机械设计与制造;2011年03期
8 于晓鸥;张全忠;;微机在机床静刚度与热变形测量中的应用[J];机械设计与制造;1987年03期
9 胡逸群;刘应龙;厉江帆;;用全息干涉度量术分析拉床模型的动、静刚度[J];应用激光;1987年05期
10 谢荆茂;柔性加工单元立柱静、动态特性及其对加工精度的影响[J];组合机床与自动化加工技术;1994年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 仇健;任宝钢;马晓波;刘春时;林剑峰;;卧式加工中心主轴静刚度特性的试验研究[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年
2 朱若燕;谢一魁;李厚民;宋庭新;;汽车传动轴减振器静动刚度测试分析[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集(二)[C];2007年
3 徐方程;刘占生;;鼠笼弹性支承静刚度试验研究[A];第9届全国转子动力学学术讨论会ROTDYN'2010论文集[C];2010年
4 刘宝华;付志一;;车用空气弹簧静刚度的有限元分析[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
5 华瑞敖;王黔灵;;起重机箱型主梁的静、动特性研究[A];中国机械工程学会物料搬运专业学会第三届年会论文集[C];1988年
6 罗玉媛;唐功庆;张梅;潘赏;姜志国;;客运专线中WJ-8型扣件用聚氨酯弹性垫板研制[A];中国聚氨酯工业协会第十五次年会论文集[C];2010年
7 江征风;徐少波;;长圆弧弹簧静刚度的检测[A];湖北省机械工程学会设计与传动学会、武汉机械设计与传动学会2008年学术年会论文集(1)[C];2008年
8 陆培炎;;关于动测法测桩的承载力问题[A];陆培炎科技著作及论文选集[C];2006年
9 郭良斌;邵正宇;;基于不同设计准则的静压气体球轴承参数的差异性[A];第八届全国摩擦学大会论文集[C];2007年
10 陈松平;张涛;;CA6136车床床身的动态特性分析[A];中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 李铁铮;华晨率先进入轿跑车市场[N];经济日报;2007年
2 本报记者 臧亚伟;海德汉系统支撑先进机床优势发挥[N];机电商报;2008年
3 胡进;发展数控机床的关键是提高工艺水平[N];中国建材报;2000年
4 黄祖尧;功能部件产业的振兴从哪里入手?[N];机电商报;2006年
5 记者 寇勇;桥式起重机主梁制造工艺(产品)获突破[N];科技日报;2010年
6 寇勇;桥式起重机主梁制造工艺获突破[N];中国技术市场报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗继曼;少自由度并联装备构型及约束链研究[D];东北大学;2006年
2 王友渔;一类球坐标型混联机器人静刚度建模理论与方法研究[D];天津大学;2008年
3 李昆;激光非接触位移传感器的研制及其应用[D];中国地震局工程力学研究所;2004年
4 齐明;一类2R1T三自由度并联机构的设计理论与方法研究[D];天津大学;2007年
5 王辉;并联构型装备开放式数控系统关键技术研究与开发[D];天津大学;2009年
6 曹磊;组合弹性支承—阻尼系统动力特性理论及试验研究[D];南京航空航天大学;2006年
7 杨泽青;基于复杂系统理论的高速数控加工装备动静态特性监控技术研究[D];河北工业大学;2010年
8 谢红;五杆五环并联运动机床开发设计及关键技术研究[D];同济大学;2007年
9 张君安;高刚度空气静压轴承研究[D];西北工业大学;2006年
10 张帆;并联机构特性分析与综合研究[D];东华大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王友渔;可重构混联机械手Tricept和TriVariant的静刚度预估技术研究[D];天津大学;2006年
2 宫玉林;加工中心十字滑台结构优化设计及静刚度试验[D];大连理工大学;2010年
3 高翔;GQ1070轻小龙门加工中心静刚度分析[D];浙江工业大学;2012年
4 谢功元;在役混凝土梁永存预应力试验研究[D];长安大学;2004年
5 杜维杰;水下作业机械手与工具自动对接技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 方健;滚动直线导轨副性能分析及静刚度试验机研制[D];华中科技大学;2006年
7 韩亚鹏;典型火炮炮架静刚度分析与优化设计[D];大连理工大学;2012年
8 杨希全;振动轮减振系统优化研究[D];吉林大学;2009年
9 郑威;铣削加工中心主轴组件静刚度检测数据采集与处理系统的研究[D];兰州理工大学;2008年
10 吴文喜;LMG制造误差和沟槽结构对静刚度影响的研究[D];江南大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026