基于ANSYS的一种三自由度并联机构静力学分析

以一种三自由度并联机构作为研究对象,对机构的结构进行了详细的介绍。通过有限元分析软件ANSYS Workbench,建立机构的有限元模型。对机构的静力学进行分析,找出机构在受力过程中的薄弱环节。通过对整个机构进行模态分析,取前6阶模态作为分析对象,找出机构的固有频率和机构振动的强弱分布区域以及抗振的薄弱环节,为机构的动力特性分析奠定基础。     

新型五自由度并联机构静力学分析

以一个五自由度并联机构为对象,研究了少自由度并联机构静力学平衡和运动之间的关系。采用矢量分析另法证明该机构的速度雅克比矩阵和力雅克比矩阵仍然互为转置矩阵。以虎克铰的受力分析为基础,分析了该机构中复合运动副的受力情况,并据此分析了整个机构在静力作用下的平衡问题,为刚度分析打下了基础。     

并联机床静力学及静刚度研究

从机器人学的角度来看,并联机构的静力学和运动学之间存在一定的联系,对于少自由度并联机构,其运动学和静力学之间的关系比较复杂,特别是静刚度计算问题更为复杂。使用矢量法推导了五自由度并联机床速度Jacobian矩阵和力Jacobian矩阵之间的关系,并应用此关系解决了并联机床的静力学问题。在并联机床静力学和运动学研究的基础上,提出了一种新的静刚度计算方法,并对并联机床在一些位姿下的静刚度进行了计算。计算结果表明,该方法可行,为并联机床的设计、机构学特性的研究提供了具有使用价值的指导。     

一种柔顺并联自适应机构的工作特性分析

基于柔顺并联机构的组成原理,设计构造了一种简易实用的柔顺并联自适应机构,通过该机构的伪刚体模型,推导出机构的活动自由度、耦合度以及逆向解析解,仿真分析了执行工作面在定位置下各弹簧长度变化规律和自适应运动条件下的可达工作空间,同时建立了机构的虚拟样机模型。本文的研究为柔顺并联自适应机构的工业应用提供了理论参考。     

3-RPC型柔顺并联机构结构设计

针对目前并联机构精度低,无法满足高精度要求的现状,提出对传统并联机构进行优化设计。首先,以传统并联机构构型3-RPC为基础建立微分运动矢量映射关系Jacobian矩阵。建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型并运用OC算法求解,将实体模型导入有限元软件中进行拓扑优化设计。其次,在Ossmouth中对优化好的构型进行过滤及光顺处理并导出进行二次建模。最后,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,采用Solid Works软件建立其拟合修正后的模型,进而通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析。仿真结果表明:与同构型的传统并联机构相比,拓扑优化后的空间柔顺并联机构具有相同的微动特性,因而验证了空间并联机构的拓扑优化设计方法的有效性。     

一种新型4自由度柔顺并联机构的设计和特性

设计一种新型4自由度精密微动平台,并对其静态和动态特性进行分析。在传统4-RRUR并联机构的基础上,采用替换法设计具有解耦的柔顺并联机构。采用有限元软件ANSYS对机构进行刚度和运动学分析,分析结果表明所设计的平台具有解耦的X和Y方向平动,并能实现4自由度微动。对机构进行灵敏度分析表明该柔顺机构的各个方向的位移灵敏度约为6μm/μm,说明平台灵敏。对机构进行模态分析,从振型可以看出该机构能实现4自由度方向的运动,并分析了在有和无预应力两种情况下的固有频率,两者差值范围为17.2%~52.4%,说明预应力对机构的固有频率有较大影响。     

3-RPC型柔顺并联机构结构设计

针对目前并联机构精度低,无法满足高精度要求的现状,提出对传统并联机构进行优化设计。首先,以传统并联机构构型3-RPC为基础建立微分运动矢量映射关系Jacobian矩阵。建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型并运用OC算法求解,将实体模型导入有限元软件中进行拓扑优化设计。其次,在Ossmouth中对优化好的构型进行过滤及光顺处理并导出进行二次建模。最后,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,采用Solid Works软件建立其拟合修正后的模型,进而通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析。仿真结果表明:与同构型的传统并联机构相比,拓扑优化后的空间柔顺并联机构具有相同的微动特性,因而验证了空间并联机构的拓扑优化设计方法的有效性。     

4-RRS冗余球面并联机构的静力学与刚度分析

为提升球面并联机构的承载能力,提出一种4-RRS冗余球面并联机构。给出4-RRS冗余球面并联机构的构型设计。然后,建立机构的静力学模型。在锁定驱动关节的情况下,通过互易积运算求解支链作用于动平台上的反螺旋力系。基于建立的静力学模型,得出了各个关节的受力情况和各条支链的变形情况。以实例求解了冗余和非冗余情况下,支链关节受到的最大力和力矩。冗余时支链关节受到的最大力和力矩小于非冗余的情况。对机构进行刚度分析。构造机构的柔度矩阵,得出动平台中心点在受力时的广义位移。以实例对比冗余与非冗余机构的刚度与受力性能,得出了冗余时动平台的广义位移小于非冗余的情况。     

一种三自由度并联机器人机构静力学计算

本文对一种新型的三杆三自由度机器人机构进行了静力学正方程和逆方程的计算,并给出雅可比矩阵及其逆。该机构具有静力学正反运动学计算极为简单,能写出显表达式的特点,本文为该机器人机构的受力分析和设计,奠定了理论基础。     

一种新型二自由度并联机构的运动学及静力学分析

针对物料搬运机构需要较大横向位移的特点,对一种新型平面二自由度并联机构的位置正反解、奇异性、速度雅可比矩阵、工作空间、滑块驱动力等方面进行了研究,提出了该种机构的运动学及静力学分析方法。首先通过所建立的运动学模型,推导了该机构的位置正反解和雅可比矩阵,得到了在符合实际约束条件下的工作空间。然后利用虚功原理建立静力学模型,获得了具体的静力学模型表达式。最后通过Solid Works及Matlab仿真得到了机构在一定负载下运动时的各驱动力变化图谱。研究结果表明,该二自由度并联机构确实具有大横向位移的特点,且机构末端越接近驱动滑块,在相同输入步长下机构末端沿横向移动距离越大,驱动滑块所需的最大驱动力也越大。     

一种三杆并联机床的静力分析

推导了在重力和切削力作用下并联机床驱动力的计算方程，并对一种三杆并联机床进行了仿真计算。结果表明，该种并联机床进行切削加工时，各杆输出的驱动力比较均匀，没有突变，各杆驱动力最大不超过切削力的1．4倍；机床自重产生的驱动力在工作空间中无突变，并且在工作空间边缘处较大；为了克服机床自重，需要各杆输出较大的驱动力，因此需要对机床进行平衡。     

二自由度球面并联机构UP+R静力学分析

采用拆杆法建立了机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立了机构的变形协调补充方程,进而完成了二自由度球面并联机构UP+R的静力学分析。通过计算,得到在三种载荷下构件上各力、输入转矩与机构位姿的关系图。结果表明,仅在外力作用下,机构的输入力矩恒等于零,构件上的力随机构位姿的变化比较平缓,仅在外力矩作用下,机构的输入力矩、构件上的力随着机构位姿的变化与机构的特性相关。力与力矩在构件上所产生的两部分力是独立的,并可以分离。研究结果为该机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学理论基础和依据。     

新型 3-TPS并联机床(机器人)的约束分析和自由度计算

螺旋理论是分析少自由度机构运动学的有力工具。文章基于螺旋理论对新开发的3-TPS型并联机器人机构的约束问题进行分析和自由度的计算,为并联机构的特殊型位、运动及受力分析提供了有力证据,进一步丰富了螺旋理论的应用。     

冗余并联机构奇异性与静力学分析

研究了一种6自由度可移动冗余并联机构的奇异性与静力学性能及其定姿态实时优化设计。建立该并联机构的静力学雅可比矩阵,分析了该并联机构的奇异性、静力学性能指标。调节并联机构定平台腿部位置,使并联机构的静力学传递性能得到提高。绘制了基于雅可比矩阵的性能图谱,直观地观察并联机构在不同位置的静力学力和力矩的传递性能。通过分析可知冗余并联机构具有可以消除奇异的优点,同时通过调节腿部位置也大大提高了并联机构的静力学传递性能。     

一种高频柔性并联振动台的型综合与运动学分析

在以并联机构为主体机构的高频柔性并联振动台中,主体并联机构的运动学性能直接影响和决定振动台的激振性能。利用旋量理论综合出了一种新型三平移3-PPRR空间并联机构,并对其进行了自由度、主动副判定和运动学位置分析,利用MATLAB软件对其理论计算进行了建模仿真计算,通过Pro/E软件和 ADAMS软件联合仿真对并联机构进行了自由度和运动学位置解验证。     

柔性平行导向机构的静刚度分析

柔性机构是一种新型机构。作为一类最简单的柔性机构 ,柔性平行导向机构被广泛应用在精密定位场合。由于在精密操作中要求机构具有很高的定位精度 ,而机构的静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对静刚度分析的重要作用以及目前对机构静刚度分析中存在的不足 ,采用结构分析中的柔度矩阵法建立了一种新的用来分析机构静刚度的理论模型。其结果相对原有模型更接近有限元仿真的结果     

基于最大应力约束的柔顺机构拓扑优化设计

采用拓扑优化方法获得柔顺机构构型容易出现类铰链结构,导致应力集中、疲劳可靠性差。为了抑制类铰链结构,提出了一种基于最大应力约束的柔顺机构拓扑优化设计方法。采用改进的固体各向同性材料惩罚模型（Solid isotropic material with penalization,SIMP）,以柔顺机构的互应变能最大化作为目标函数,采用P范数方法对所有单元的局部应力凝聚化成一个全局化应力约束,利用自适应约束缩放法使得P范数应力更加接近最大应力,以机构的最大应力和体积作为约束,建立柔顺机构最大应力约束拓扑优化模型,采用全局收敛移动渐近线算法求解柔顺机构最大应力约束拓扑优化问题。结果表明,采用P范数方法进行柔顺机构最大应力约束拓扑优化设计,能够有效抑制类铰链结构。随着应力约束极限值减少,获得机构构型由集中式柔顺机构逐渐转变为分布式柔顺机构,应力分布更加均匀,但机构的互应变能逐渐减小。     

3-TPS型并联机器人约束链的几何误差分析

并联机构中的约束链误差不能通过控制来消除，会对机构运动精度产生很大影响，为此文中建立了由约束链的铰链点位置变形和杆长制造误差引起的动平台中心点的位置和姿态误差的数学模型．并通过实例计算了动平台在工作空间的位置误差以及姿态误差的均值和方差，可以看到误差基本呈对称分布，是随转角变化的函数，由此可以找到误差最大的位姿。     

含有恰约束分支的无耦合两转动并联机构型综合

为提高解耦并联机构的刚度和承载能力,基于分支驱动力螺旋理论提出一种含有恰约束分支的无耦合两转动并联机构型综合系统方法.分析了无耦合两转动并联机构的运动解耦性与分支驱动力之间的关系,确定了分支驱动力螺旋的作用形式;研究了机构输入输出运动之间的映射关系,根据机构雅可比矩阵为对角阵的特点,确定了主动分支的驱动力螺旋和主动运动...     

新型并联机床的操作空间分析

本文分析了影响机床操作空间的主要因素,开发了机床操作空间边界的变步长搜索算法,同时以扩大操作空间为目标进行了机床结构设计,并以操作空间截面面积和体积作为评价准则,验证了球铰座倾斜安装的操作空间比平面安装的操作空间增加两倍以上。