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基于三并联万向腕关节和二并联机构的混联机构的误差研究

陈茂圣  
【摘要】: 并联机构由于其本身具有的诸多优点,如刚度高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单等,受到了国际学术界和工程界的广泛重视。并联机构的出现弥补了传统的串联机构固有的许多缺点,然而,并联机构本身同时又存在着工作空间相对较小、接触刚度小、运动耦合、数学模型相对复杂、控制困难等问题,使得并联机构的应用受到很大的制约。为有效解决这些问题,使并联机构真正走向实用化,在机构的构型设计上采用串并联复合结构和混联结构是比较好的方法。为了提高混联机构的精度,本文针对基于已经成功研制的三并联万向腕关节和二并联平动机床的基础上提出的一种新型串并联复合混联机构,研究了各个因素对其误差的影响。 首先,本文通过查阅大量国内、外相关文献,对并联机构在国内、外的发展现状和趋势,优缺点等进行了详细的综述。阐述了本课题的研究意义。 其次,影响二并联机构误差的因素有多个,其中包括杆长和转动副间隙,本文建立了杆长和转动副间隙对二并联机构误差影响的数学模型,并利用MATLAB进行了相应的仿真,并通过实验进行验证,所获得的实验结果与理论分析的变化趋势相符,而且设计了误差补偿程序,减小了误差对机床精度的影响。 再次,对影响三并联腕关节误差的各个因素进行了分析,包括两伸缩杆对其误差的影响的分析、主轴和末端执行器对其的误差影响的分析和二者综合影响的分析;建立了误差的数学模型,利用MATLAB进行了相应的仿真。 最后,对混联机构进行了误差分析。对机构进行了位置分析,建立了机构的误差数学模型,对影响混联机构误差的各个因素进行了分析,包括二并联杆杆长对其误差影响的分析、腕关节的两伸缩杆对其误差的影响的分析、腕关节的主轴和末端执行器对其的误差影响的分析和三者对机构误差综合影响的分析,利用MATLAB对误差进行了相应的仿真。


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