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混合驱动可控机构的研究

李学刚  
【摘要】:混合驱动可控机构是目前机构学研究的前沿问题,它是以定转速电动机和伺服电动机作为驱动器,两种类型的输入运动通过一个多自由度机构合成后实现预期的输出运动,其中定转速电动机为系统提供主要的动力,伺服电动机提供较小动力的同时主要起调节作用。这种机构弥补了传统机械系统缺乏柔性和全伺服驱动机械系统因柔性过高而造成浪费的缺点,在理论上比较理想的解决了机械柔性化和保持高速、高效、高负载之间的矛盾。本文在总结前人研究成果的基础上,通过研究混合驱动可控机构工作原理和类四杆五杆机构特性,提出了二自由度混合驱动可控六杆机构的思想,构造了一种新型的混合驱动运动合成机构,本文围绕此机构对混合驱动可控机构的结构学、运动学、动力学和优化综合问题进行了深入研究: 首先,从机构的装配条件出发,在研究了混合驱动五杆机构曲柄存在条件的基础上,采用工作空间分析法对混合驱动可控六杆机构的可动性问题进行深入研究,得到了可控六杆机构三曲柄存在的充分必要条件和运动学反解存在条件。在此基础上,进一步对机构的工作空间问题进行了研究。 然后,建立了机构正运动学分析的数学模型,对影响机构运动特性的参数进行了分类(结构参数、可调参数、可控参数),并通过理论分析和计算机仿真,探索了不同参数对机构运动轨迹和速度特性的影响趋势,比较了这些参数对机构运动特性影响的主次关系,找出了其中的敏感参数。 其次,建立了混合驱动可控六杆机构动力学分析模型,采用矩阵法对机构进行了动态静力分析,在已知机构的运动状态和工作阻力的条件下,求出了常规电机、伺服电机的平衡力矩及各运动副中的反力。通过详细地分析得到了杆长、初始相位角、工作阻力作用方向等因素变化对机构动力及功率分配情况的影响趋势。 最后,应用上述分析结果,对混合驱动可控机构进行优化综合,针对不同轨迹生成任务,建立了基于逆运动学分析的优化综合数学模型,为混合驱动可控机构的优化综合提供了理论方法。并通过实例分析证明了上述分析结果的正确性和混合驱动可控六杆机构的优越性。


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