3-TPT并联机器人静力学研究与仿真

以3-TPT并联机床为研究对象,研究该机床在承受静态外力负载时静力学问题。首先根据静力平衡原理建立静力学逆解方程,推导静力矩逆解方程,然后进行实际校核,最后对机床的运动平台静力学特性进行仿真。研究结果表明:运动平台所受的切削力不超过3个杆所受驱动力最大值的2倍,输出过程中不存在突变;运动平台所受的外力矩不超过平行机构内力矩的1.5倍,输出过程中沿Z方向存在突变,此时机床会发生轻微振动。文中研究为并联机床结构优化设计和动力学研究提供理论依据。     

3-TPT 型并联机床的精度分析与仿真

为提高3-TPT型并联机床的运动精度,解决杆长误差和铰链间隙误差的影响问题,将3-TPT型并联机床的各条支链作为假想的单开链,利用矩阵法结合从运动学方程微分得到的结论,推导出杆长误差和铰链间隙误差与终端动平台位置误差的映射关系.以东北大学研制的3-TPT型并联机床为模型,在MATLAB下利用蒙特卡洛方法分析了工作空间内杆长误差和铰链间隙误差对终端运动精度的影响规律.仿真结果表明,该机床的终端输出误差较小,约为输入误差的1/15～1/12.5,基于该构型的试验平台可达到较高的运动精度.     

基于蒙特卡洛法的并联机床误差分析

以3-TPT并联机床为样机,就驱动杆杆长误差以及铰链点间隙误差对其运动平台位置误差的影响建立了误差模型,然后根据蒙特卡洛法对误差模型进行抽样,并用Matlab软件对其进行了仿真分析。从仿真结果可以看出,同时作用所产生的并联机床运动平台的位置综合误差在0.56～0.75mm之间,为连杆杆长误差以及虎克铰累积间隙误差的1/2.3～1/1.7,即小于输入累积误差之和。进而说明3-TPT并联机床的累积误差较小,且误差小于分别作用时的误差之和。     

两种3-TPT并联机构的自由度及运动仿真研究

本文在分析了两种3-TPT并联机构自由度的基础上,借助ADAMS软件对这两种机构的动平台自由度、运动类型进行仿真分析。万向铰布局方式的不同,导致3-TPT并联机构动平台运动性质改变。通过仿真形象直观地证明了这一点。为进一步研究3-TPT并联机构的运动控制及优化设计提供有价值的参考。     

基于Kane方程的3-TPT并联机构动力学研究

以3-TPT并联机构为研究对象,进行动力学方面的研究。首先,以Kane方程为基础,从运动学角度出发,分析运动平台和各个驱动杆件的速度、加速度之间的关系;然后,运用Kane法建立3-TPT并联机构的动力学方程;最后,在MATLAB环境下进行驱动力和时间关系的仿真分析。分析结果表明,3-TPT并联机构有效驱动力呈周期性变化,且在加速和减速阶段有突变,这会引起平台的震动。     

新型并联机床静刚度特性的有限元分析及优化设计

静刚度分析是机床设计的重要内容之一,对一种新型龙门式并联机床的平面并联机构进行了研究,通过位置逆解求出了广义全工作空间;建立了整机静刚度的有限元模型,得到动平台在广义工作空间下的刚度分布规律;找出影响Z向位置精度的关键因素并进行了优化设计,为进一步改进并联机床提供重要的依据。     

3-TPT并联机构静刚度特性分析与仿真

以3-TPT并联机构为研究对象,从静力学分析入手,利用逆运动学雅可比矩阵获得机构的力雅可比矩阵,基于新刚度守恒矩阵,对机构的静刚度矩阵进行分析和求解。分析机构的工作空间以避免无关数据对分析结果的影响,以静刚度性能商为评价指标,利用Matlab软件对该机构静刚度进行仿真。通过机构静刚度仿真结果,可以清楚地观察刚度的分布情况,并获得刚度薄弱区域与最大刚度区域的位置,进而分析机构静刚度的变化趋势。这一研究对并联机构的静刚度性能评价指标的建立具有重要意义,其结论也可以用于并联机构尺寸设计及其结构优化。     

并联机床静刚度研究

常见的并联机床静刚度分析理论发展尚未完善。本文在研究并联机床静力学的基础上,使用能量法分析在外载荷作用下的并联机床变形量,从而获得在不同位姿下并联机床的静刚度。利用上述方法,针对一台五自由度的并联机床进行了分析,获得了其静刚度。为并联机床静刚度研究及其设计提供了理论依据和方法支持。     

基于Creo及SimMechanics对3-TPT并联机构的运动学仿真与模拟

针对一种3-TPT并联机构进行运动学模拟仿真,利用Creo 2.0建立了虚拟样机模型,并推导出了并联机构的运动学正、逆解方程。借助于Matlab中SimMechanics模块的系统动态建模功能,创建了3-TPT并联机构运动模型;利用Simulink和模糊控制箱建立了模糊PID控制器,将其与SimMechanics模型连接,对3-TPT并联机构进行动态仿真模拟,得出伸缩杆位速度变化曲线;通过对曲线的分析研究,可以得出该并联机构的运动平稳性较好。该方法能够直观地对并联机构进行可视化运动分析,进而可为3-TPT并联机构的结构参数优化、性能分析及模糊PID控制器的设计提供参考依据。     

基于ANSYS的3-TPT并联机床静刚度有限元分析

利用大型有限元分析软件ANSYS对东北大学研制的3-TPT并联机床在某一工作位置的三种不同受力情况下的机床主体结构进行了线性静态分析。得出了该机床的刚度和应力分布情况。其分析结果和实际情况基本吻合。为机床的局部改进和后续的优化提供了依据。     

基于 ANSYS并联机床结构形式的有限元分析

为探讨并联机床结构刚度对并联机床性能的影响,在并联机床刀具顶点受力相同的情况下,利用AN SYS软件对三种并联机床的主要结构形式进行了静刚度有限元分析,得出了三种结构的位移变形、最大应力和动平台的最大位移变形。经过分析比较,认为交叉结构是并联机床比较理想的结构形式。     

3-TPT并联机床动力学仿真

首先应用拉格朗日法建立并联机床的动力学模型,由拉格朗日方程展开后得到动力学方程的标准形式;其次结合一个实例,应用Matlab仿真软件对3-TPT并联机器人各杆的杆长与时间的变化及各杆驱动力与时间的变化进行了仿真;最后经分析可知驱动力呈周期性变化,且在加速和减速阶段有突变.所以该并联机床动平台在匀速阶段运动平稳,而在加速和减速阶段存在振动.     

移动型3-UPU并联机构的刚度分析

分析了移动型3-UPU并联机构刚度矩阵的特点和刚度矩阵主轴的变化规律.结果表明,并联机构几何参数的变化只对工作空间的大小和形状有影响,而对刚度矩阵的特征向量大小及方向几乎没有影响,最小刚度方向分布在垂直于静平台平面的锥体内.移动型3-UPU并联机构刚度矩阵分析对并联机构的设计具有一定的指导作用.     

移动型3—UPU并联机构的刚度分析

分析了移动型3—UPU并联机构刚度矩阵的特点和刚度矩阵主轴的变化规律。结果表明,并联机构几何参数的变化只对工作空间的大小和形状有影响,而对刚度矩阵的特征向量大小及方向几乎没有影响,最小刚度方向分布在垂直于静平台平面的锥体内。移动型3—UPU并联机构刚度矩阵分析对并联机构的设计具有一定的指导作用。     

一种新型并联机床的刚度和固有特性的有限元分析

建立了一种新型并联机床刚度分析和弹性动力学分析的有限元模型，研究了参数变化对主进给机构刚度和固有频率的影响，计算结果表明：该新型并联机床与基于Stewart平台的并联机床相比，Z方向刚度与相当而X、Y方向的刚度优于后者；加大中间腿的截面积可以大大提高并联机床的刚度，研究结果为优化并联机床的结构参数，提高其结构搞震性和切削稳定性奠定了基础。     

3-(2SPS)并联机床设计及刚度分析

以3-(2SPS)型并联机床为主要研究对象,利用SolidWorks软件建立其三维实体模型,在此基础上首先建立机床坐标系,求得力雅可比矩阵和并联机床刚度矩阵,利用MATLAB编程,得到3种工况下并联机床的仿真刚度随动平台位置的分布规律,再利用ANSYS Workbench软件对机床进行有限元分析,在同样工况下得到机床的整体位移云图及有限元仿真刚度,结合两种分析结果,证明了仿真结果的有效性,为机床后续的优化以及良好的动态性能奠定了基础。     

一种冗余并联机床静刚度有限元分析与优化设计

为了研究并联机床的静刚度,采用有限元法研究了一台冗余并联机床的静刚度,利用UG建立整机三维模型并倒入ABAQUS建立有限元模型,分析了一台冗余并联机床在不同位姿下的刚度.结果表明,冗余并联机床比非冗余并联机床刚度高,整机x,y向刚度低,z向刚度高.为了提高机床x,y向刚度,提出了两种机床机构的改进方法,为机床的设计和优化提供了依据.     

具有内力的3PRS/UPS冗余并联机床刚度分析

冗余结构可以提高并联机床的刚度,冗余机构在运动中由于各支链的误差使得机构会产生干涉内力,旨在研究内力对冗余并联机床刚度的改善作用,为靠内力提高并联机床性能提供理论基础.首先采用能量法推导了3PRS/UPS冗余并联机床的刚度模型,然后对具有内力的3PRS/UPS冗余并联机床刚度进行了分析.最后给出了特定位姿下的两种形式的刚度计算实例.结果表明内力对机床刚度的影响很小.     

6-PUS并联机床的动态特性分析

叙述了模态分析的基础理论,利用有限元分析软件ANSYS/Workbench对处在初始位姿下的6-PUS并联机床进行模态分析,根据得到的并联机床的六个主自由度对应的共振频率和振型,总结了该机床的振动特性和刚度分布特点。并在模态分析的基础上对其进行谐响应分析,得到了机床动平台沿X、Y、Z三个主运动方向的位移谐响应曲线,探讨了机床的谐响应特性,进一步验证并联机床在外力作用下的抗振性能,为对并联运动机床结构的动态设计和优化设计提供了一定的参考。     

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。