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基于3-RPS/SS冗余驱动并联机构的雷达承载装置设计与研究

纪鹏  
【摘要】:本文以雷达承载机构为研究背景,针对现阶段串联式雷达存在的不足,提出了使用并联机构的方法来解决奇异、稳定性等问题。面向任务的工作要求,设计出了一种可应用雷达承载装置的3-RPS/SS冗余驱动并联机构。该机构的输出动平台具有两个转动运动,通过理论分析和仿真对比,验证了该方案的可行性。本文主要内容包括以下几个方面:首先,根据雷达承载和工作的任务需求,设计了一种新型3-RPS/SS冗余驱动并联机构。通过螺旋理论和修正的K-G公式计算出该新型冗余驱动并联机构的整体自由度为三,动平台的相对自由度为二。该机构是一种具有驱动冗余特性的并联机构。机构动平台的相对自由度满足雷达工作的任务要求。建立了构型的机构简图,完成了该构型的运动学正反运动学分析,得出了三个驱动副杆长变化的函数表达式。分析了该构型的雅可比矩阵,为后续相关分析提供了理论基础。然后,分析了3-RPS/SS冗余驱动并联机构的工作空间,使用Mathematica绘制了中间杆长变化对运动空间大小的影响图谱,给出了中间杆长和驱动杆长之间的函数关系,以便求得最大的运动工作空间。绘制了机构奇异位形曲线在工作空间上的分布情况,并对此进行了分析与讨论。再次,建立了3-RPS/SS冗余驱动并联虚拟样机。使用Adams软件对该构型的正、反运动学进行了仿真分析,完成了机构正运动学仿真,输出了末端动平台的位移、速度、加速度和力的函数曲线,同时和经典非冗余3-RPS并联机构进行了对比,并对分析结果进行了说明。完成了机构逆运动学仿真,输出了机构三个驱动的位移、速度、加速度和力曲线。针对该构型设定了边界条件,使用Anays软件进行了刚度、模态分析。最后,建立了3-RPS/SS冗余驱动并联机构的工程三维模型,使用3D打印机对相关零件进行了加工,完成了机构的物理样机搭建,并进行了机构的简易运动控制。


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