5-UPS/PRPU冗余驱动并联机构的内力分析与协调

基于全雅可比矩阵和伪逆法求解了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机构的内力,并提出了一种基于冗余驱动变刚度的协调内力的方法。通过求解机构的变形协调方程,得到机构的全雅可比矩阵的加权广义逆,从而求得该5-UPS/PRPU冗余驱动并联机构的内力表达式,通过有限元软件验证了该方法的正确性。以相应的5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床为例,分析了冗余分支驱动刚度的变化对各个分支内力幅值的影响,进而提出了一种协调内力的方法。通过分析其内力随冗余分支刚度的变化分布情况可知,非冗余分支各个驱动螺旋以及冗余分支约束螺旋所对应的内力幅值可以通过在一定程度上增大冗余分支的驱动刚度来降低。该方法对机械结构设计人员以及控制系统搭建人员在提高系统精度、降低系统内力方面有重要的参考价值。     

5-UPS/PRPU五自由度并联机床静力学分析

介绍了5-UPS／PRPU五自由度并联机床机构，通过对该机构进行静力学分析，建立了该机床的静力平衡方程和静力传递矩阵。对机床加工过程中的受力进行了具体分析，根据作用在动平台上的外力负载，可以得到5个驱动杆的受力大小和中间分支所承受的力偶矩大小，为该机床的结构设计、运动规划和动力学分析奠定了基础。     

5-UPS/PRPU五自由度并联机床动力学建模

介绍了一种新型的5-UPS/PRPU五自由度并联机床，为该机床建立了基于动平台位姿参数的动力学模型。分析了机床中主要构件的运动情况，建立了各个构件的运动速度与机床驱动速度的映射关系，推导了各个构件的惯性力、重力、切削力等外力所产生的等效驱动力，建立了机床驱动力与运动参数之间关系的动力学解析方程。     

5-UPS/PRPU 5自由度并联机床运动学分析

介绍了一种新型的5-UPS/PRPU5自由度并联机床,定平台通过五个结构完全相同的驱动分支UPS分支以一个约束分支PRPU分支与动平台相连接。该机床可以实现三维移动和两维转动,PRPU分支关节变量反映了动平台位姿,为实现闭环控制提供了条件。通过对其运动学进行分析和计算,确定了中间分支对动平台的约束运动,建立了该机床的运动学反解方程和雅可比矩阵,并通过机床样机试验验证了理论分析的正确性。     

球面两自由度冗余驱动并联机器人弹性动力学分析

建立了球面2-DOF冗余驱动并联机器人弹性动力学模型。将机器人系统的6个空间弯杆划分为6个子结构,考虑空间弯杆的弯曲、拉伸和扭转变形,基于有限元法求出了各子结构的弹性动力学模型;根据转动副的约束特点以及各分支与输出轴的变形协调约束关系,将子结构组装成3个分支并进行装配,得到系统的弹性动力学模型;将理论计算与有限元仿真得到的机构在初始位置时的固有频率进行对比,验证了系统弹性动力学模型的正确性。通过对比分析球面2-DOF非冗余与冗余驱动并联机器人输出端的动态响应,验证了冗余驱动的引入可以明显减小机器人输出端的最大弹性位移。研究结果为含有空间弯杆并联机器人的结构优化设计以及振动分析提供了理论依据。     

面向并联机床的后置处理方法研究

在通用CAD/CAM 软件和后置处理软件的基础上,提出了面向2～5自由度并联机床的通用后置处理方法,并编写了面向5-UPS/PRPU并联机床的后置处理程序;在5-UPS/PRPU并联机床上进行了五角星零件的加工实验,验证了后置处理方法的可行性和正确性.     

5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床完整刚度模型及其刚度特性

基于全雅可比矩阵和虚功原理建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的完整刚度模型。首先基于螺旋理论推导出约束分支中的约束雅可比矩阵;然后锁定分支中的主动副并利用互易积原理求得驱动雅可比矩阵,最后提出了冗余驱动雅可比矩阵。利用约束力、驱动力和冗余驱动力与外力的映射关系,结合虚功原理,得到系统整体刚度矩阵。考虑虎克铰、轴承等传动部件的轴向变形对分支轴向刚度的影响,构造了各个分支的轴向刚度模型。借助激光跟踪仪对所建立的刚度模型进行了实验测试。结果表明:该刚度模型的误差为2%~5%,验证了理论分析的可靠性。在此基础上,以机床的线刚度和角刚度的最小值为刚度性能指标,分析了其在工作空间内的分布情况。分析显示:机床线刚度的最小值主要分布在Y轴两侧,角刚度的最小值则主要分布在-0.05≤z≤0.05m和-0.11≤y≤-0.05m,因此,在进行并联机床工具规划时应该尽量避免该区域。文中内容可为并联机床刀具运动轨迹的优化提供参考依据。     

混联虚拟轴研抛机床的多柔体动力学研究

为了在自由曲面的弹性研抛中 ,获得稳定的动力学特性和加工效果 ,开发了一种由“3轴并联 + 2轴串联”构成的新型 5自由度混联虚拟轴研抛机床。采用柔性多体系统动力学方法 ,建立了基于Lagrange方程的空间刚 柔耦合动力学模型 ;考虑研抛机床整体的刚性运动与各支链弹性变形间的相互作用及耦合 ,将机床的各个支链和平台看作独立子结构 ,建立各自的动力学方程 ,根据子结构之间的约束关系建立了系统约束动力学方程 ;通过动力学仿真分析 ,获得了较稳定的动力学特性     

基于ANSYS的并联机床驱动分支模态分析

应用有限元分析软件ANSYS,建立了5UPS/PRPU并联机床驱动分支的三维有限元模型,采用耦合重合节点自由度的方法模拟驱动分支的运动副,从而模拟驱动分支在初始位形时的振型,并获取了相应的6阶固有特性参数,为并联机床整机模态分析奠定了基础.     

Tricept并联机构的弹性动力学性能

针对Tricept并联机构在加工过程中的振动现象,文中对其弹性动力学性能开展了研究。利用动态子结构综合法建立了基于Lagrange方程的Tricept并联机构的弹性动力学模型。根据Tricept并联机构自身结构特点对其进行单元划分,分别利用有限单元法构造各支链弹性单元动力学模型,并结合变形协调条件和动力学约束,建立整机弹性动力学解析模型。根据该弹性动力学模型,得到了Tricept并联机构在其工作空间内的固有频率特性和末端刚度。所建立的模型便于探讨机构结构参数对系统动态特性的影响规律,从而为这类并联机构的动态设计提供理论依据。     

新型5自由度并联机床运动控制算法研究

在分析 5 UPS/PRPU 5自由度并联机床机构的基础上 ,介绍了并联机床运动控制的基本原理 ,确定了具体的运动控制算法 ,将输入控制系统的数控刀位数据转化为驱动轴的控制指令 ,从而实现对机床加工过程中刀具位姿的控制。根据该算法编制的数控软件已成功地应用于实际的并联机床控制 ,取得了较好的效果。     

5-UPS/PRPU五自由度并联机床精度分析

介绍了一种新型的5—UPS/PRPU五自由度并联机床，采用矩阵法建立了该并联机床的误差模型，利用蒙特卡洛技术模拟分析了驱动杆杆长误差、球铰以及虎克铰间隙对终端平台误差的影响，最合对机床的精度进行了实例分析，为该机床样机的顺利研制奠定了基础。     

基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程

采用牛顿-欧拉法建立了空间并联机构的动力学方程,用于研究4-UPS-UPU五自由度空间并联机构的刚体动力学建模。分析了4-UPS-UPU并联机构的支链受力和动平台受力情况,基于牛顿-欧拉法推导出了该并联机构的刚体动力学方程。利用Matlab分别对动平台在空载和加载条件下的驱动力进行理论计算,得到了该机构5个驱动杆的驱动力。最后,利用ADAMS对4-UPS-UPU并联机构虚拟样机进行了动力学仿真分析。结果表明:并联机构在Z轴为0.95m的平面内按半径为0.01m的圆轨迹运动时,驱动杆1受力最大,空载时最大值达-760.6N,加载时最大值达-889.7N。理论计算结果和虚拟样机仿真结果基本一致,验证了理论模型的正确性。该项研究为4-UPS-UPU五自由度并联机构物理样机的制造奠定了理论基础,也为其他空间并联机构刚体动力学建模提供了思路。     

新型并联机床工件坐标系定位的研究

建立了5-UPS/PRPU并联机床机构的雅可比矩阵。在此基础上,得到了3个影响机床机构灵巧度的指标,即条件数、最小奇异值、可操作性。通过对这3个并联机床灵巧度评价指标进行分析,定义了两个灵巧度的综合评价指标——综合灵巧度系数和综合灵巧度。把5-UPS/PRPU并联机床工件坐标系的定位问题归结为在满足工作空间前提下,对刀位文件综合灵巧度的优化,对这个非线性优化问题进行了求解,得到定位矢量,并结合一个曲面定位的具体实例,给出了算法验证。     

空间刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析

对空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率特性进行分析.建立一种空间有限元梁单元新模型,基于有限元法和Lagrange 方程导出有限元梁单元的运动微分方程.通过分析动平台运动参量与运动支链间的运动关系,得到刚柔耦合并联机构系统的运动学约束条件,并由Newton-Euler方程得到系统动平台的动力学模型.根据系统的运动学约束条件和动平台的动力学模型,经过各个单元运动微分方程的有机组装,导出刚柔耦合并联机构系统的整体动力学方程.在此基础上,通过算例3-RRS刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析,总结空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率与机构基本参量之间的内在规律.结果显示,刚柔耦合并联机构系统的结构尺寸、支链中杆件的截面参量和材料参量等对系统的固有频率都有显著影响.研究对进一步研究刚柔耦合并联机构的动态特性和机构优化设计具有重要的指导意义.