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3-PUU并联机构运动学和动力学研究

蔡飞跃  
【摘要】: 三自由度并联机器人是目前机器人研究领域的热点之一,其在工业领域的应用也正显示出良好的前景。本文研究了一种具有三角形平台的三维平移3-PUU并联机器人机构。 首先,本文介绍了目前三自由度并联机器人的研究现状,分析了国内外学者的研究方法和已取得的研究成果。其次,对3-PUU并联机构进行了拓扑结构分析。由串联机构的运动特征矩阵得到并联机构的运动特征矩阵,证明了该机构在初始位置和一般情况时,动平台只做三维平动。在该并联机构上建立坐标系,运用解析几何中的坐标变换,求出了该并联机构的运动学逆解,用微分法推导出了3-PUU并联机构的雅可比矩阵,并求出了其奇异位形。在运动学分析的基础上,运用边界搜索法通过Matlab编程求解出并联机构的工作空间。再次,基于凯恩方法建立3-PUU并联机构动力学方程,并求出了其动力学逆解。然后,3-PUU并联机构U副的安装条件决定了机构的自由度,基于螺旋理论分析了该并联机构在不同的U副安装条件下的运动形式。按照机构设计要求,建立pro/e三维模型,将加工完成的实物构件进行装配,制作3-PUU三自由度并联机构实物模型,分析其运动形式。最后,分别应用MATLAB软件和ADAMS软件对3-PUU并联机构进行了运动学和动力学仿真。通过仿真可以看出,运用MATLAB软件计算得到的理论数据和应用ADAMS仿真软件得到的仿真试验数据基本一致,这证明了运动学和动力学分析的正确性。


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