4-ups-rps并联机构运动学性能分析与优化毕业论文(动力学)(编辑修改稿)

4-ups-rps并联机构运动学性能分析与优化毕业论文(动力学)(编辑修改稿)内容摘要：

器人中，之后并联机构及其广泛应用受到了各国研究人员的高度重视并得到了迅速发展。 图 Stewart 并联机构 Fig. Stewart parallel platform 山东科技大学工程硕士 学位论文 绪论 2 并联机床的国际发展状况 随着各国研究人员对并联机构的逐步重视，并联机床得到了快速的发展。 1994 年，在美国芝加哥举行的 IMTS’94 国际制造技术博览会上，美国 Giddings amp。 Lewis 公司研制的 VARIAX(变异型 )虚拟轴机床 (图 )吸引了各 国学术界和工业界的目光，相比于传统机床，它的出现使加工刚度提高了 5 倍，加工精度提高了 2~10 倍，被评价为“ 21 世纪新一代机床”。 在同一时期，英国的 Geodetic 公司推出了自主研制的 GDM100004X 并联机床 (图 )，美国的 Ingersoll 公司推出了 Octahedral Hexapod 并联机床 (图 )。 在此之后，世界各国科研机构开始加大对并联机床的创新与研究。 随着研究的深入进而涌现出了大量的科研成果 [714]。 图 G amp。 L 公司的 VARIAX 图 Geodetic 公司的 GDM100004X Fig. VARIAX Fig. GDM100004X PMT 图 Ingersoll 的 Hexapod 图 Mikromat 的 6X Fig. Hexapod PMT 6X PMT 在 1997 年在汉诺威举行的欧洲机床博览会 (EMO’97)和 1999 年的巴黎欧洲机床博览会 (EMO’99)上，许多公司推出了自己最新发明的并联机床。 德国 Mikromat 公司推出了山东科技大学工程硕士 学位论文 绪论 3 6X 型高速立式加工中心 (图 )，瑞典 Neos Robotics 公司推出了 Tricept600(图 )和Tricept805(图 )两种并联机床，美国 Ingersoll 公司推出了 HOH600 型 (图 )和VOH1000 型两种高速加工中心，韩国 SENA TE 公司推出了 Eclipse(图 )并联机床。 在同 一时期，俄罗斯 Lapik 公司推出了 TM750 型 Stewart 并联机床 (图 )，它的定位精度提高到了。 图 Neos Robotics 的 Tricept600 图 Neos Robotics 的 Tricept805 Fig. Tricept600 PMT Fig. Tricept805 PMT 图 Ingersoll的 HOH600 图 SENA TE 的 Eclipse HOH600 PMT Eclipse PMT 山东科技大学工程硕士 学位论文 绪论 4 图 Lapik 的 TM750 型 Stewart 图 Neos Robotics 的 Tricept845 TM750 PMT Tricept845 PMT 进入 21 世纪以后，各国研究人员对并联机床逐步由理论研究转向实际应用中，产业化逐渐形成，市场逐渐打开，各式各样的并联机床如雨后春笋般涌现。 并联机床在各个领域都得到了广泛的应用 [1521]。 在 2020 年芝加哥举行的国际制造技术博览会 (IMTS’2020)和 2020 年的汉诺威举行的欧洲机床博览会上 (EMO’2020)展出的并联机床主要有瑞典 Neos Robotics 公司的Tricept845 型并联 机床 (图 )，美国 Hexel 公司的 P2020 型并联机床 (图 )，德国 DECKEL MAHO 公司的 TriCenter 并联加工中心 (图 )。 在这一时期，并联机床在瑞典、德国、西班牙等欧洲工业强国中迅猛发展。 德国的DSTechnologie公司自主研制的 Ecospeed 型并联机床被欧洲 EADS公司购买用于战斗机和大型客机的构件加工。 瑞典的 Neos Robotics 公司推出的 Tricept 并联机床被通用、波音、大众、英国航空公司、沃尔沃等公司采用，在大型汽车模具的加工、铝构件和复合材料 的切削、激光切割等方面取得了很好的经济效益。 在 2020 年芝加哥举行的国际制造技术博览会 (IMTS’2020)上 DS Technology 公司推出了 Ecospeed 五坐标大型并联机床 (图 )， 2020 年米兰举行的欧洲机床博览会(EMO’2020)上展出的有德国 CHIRON 公司研制的 Vision 立式并联机床 (图 )等。 德国 KRAUSE amp。 MAUSER 公司的 HS630 双托盘卧式加工中心采用了左右导轨移动和并联运动机构结合原理。 这一阶段的并联机床的研究取得很好的成果，相继推出了多 种新型并联机床。 山东科技大学工程硕士 学位论文 绪论 5 图 Hexel的 P2020 图 DECKEL MAHO 的 TriCenter P2020 PMT TriCenter PMT 图 DS Technology 的 Ecospeed 图 CHIRON 的 Vision Ecospeed PMT Vision PMT 并联机床的国内发展状况 1994 年以后国内部分高校和科研机构也开始了对并联机构的研究 [2226]。 黄真教授、梁崇高教授、张曙教授最早对并联机构进行了基础研究工作。 具有代表性的是 1997 年清华大学和天津大学联合推出我国首台大型镗铣类并联机床样机 VAMT1Y( 图 )。 2020年，燕山大学推出了自主研发的五维空间 5UPS/PRPU 并联机床样机 (图 )，并且成功完成了对球冠工件的铣削加工。 山东科技大学工程硕士 学位论文 绪论 6 图 清华大学的 VAMT1Y 图 燕山大学的 5UPS/PRPU VAMT1Y 5UPS/PRPU PMT 我国已经将并联机床列入“九五”技术攻关和“ 863”高科技发展纲要，国内的燕山大学、清华大学、中科院沈阳自动化研究所、大连机床厂 等高校和单位已经形成了比较成熟的研究理论，部分项目受到了国家自然科学基金的资助。 综上所述，虽然并联机床的发展以及取得了很大的进步，但是由于研究时间较短，基础理论不够成熟，很多问题亟待解决。 并联机构的理论研究现状 在并联机构的发展过程中，基础理论研究受到广大国内外学者的高度重视。 基础理论是支撑起并联机构脊梁，并联机床以及并联机器人的发展都离不开理论的铺垫。 它涉及到的内容非常广泛，包括机械设计、控制理论、测量技术、建模仿真、结构优化等先进技术。 目前，对这些关键技术的理论研究工作正在如火如 荼的进行，有力的推动了并联机构的发展。 位置分析 并联机构的位置分析主要包括位置正解和位置反解分析两种 [2734]。 位置正解就是在已知驱动杆杆长值时求解在笛卡尔坐标系下动平台中心点相应位姿，位置反解就是已知动平台和刀具位姿求解各驱动杆杆长。 对于并联机构来说，位置正解比较难求，并联机构的位置正解分析主要有两种方法：数值法和解析法。 数值法 [3536]具有数学模型比较简单、任何并联机构都可以应用、计算速度快等优点。 其算法过程为：首先赋予一个初值，利用迭代和循环不断靠近给定的值，当满足规定的山东科技大学工程硕士 学位论文 绪论 7 精度要 求范围时就可以得到最优解。 数值法虽然有很多优点，但同时也有运算时间较长、很难得到所有解、求得结果受到初值影响大等缺点。 为了求得更多的解，车林仙把反馈混沌 Logistic 序列当做 Newton 迭代法的初值，将高次非线性方程组全部解求出。 Raghawan[37]在复数领域内进行并联机构的数值解法，轻松的得到了 40 组正解。 西南交通大学的陈永教授以 6SPS 机械手位置正反解为例，利用同伦迭代法，直接就可以求出全部正解而不需要设定初始值。 为了提高求解速度， Innocenti 等人利用一维搜索法对6SPS 机构进行求解。 黄 真 [38]利用三棱锥法将非线性方程就行了降维处理。 并联机构的正解问题又六维转换为一维，求解速度大大提高。 解析法 [3943]主要优点是运算速度快、可以求得全部数学解、不需要初始值等，但是它的求解过程比较复杂且需要掌握一定的数学方程变换技巧。 解析法包括几何法、螺旋代数法、矩阵法等，国内外专家学者对解析法的引用一般都是从都是按照特殊结构到一般结构的方式就行的， Lazard 通过将 Stewart 平台再次划分组合形成更多的 mn 型，利用可以得到的最大解的个数列出了三十几种构型。 工作空间 工作空间的形状 和大小受到机构尺寸和约束条件的影响。 并联机构的工作空间分为灵活工作空间、可达工作空间、固定姿态工作空间。 目前并联机构的分析方法主要有解析法 [4447]和数值法 [48]。 工作空间的解析法是一个比较复杂的问题。 Jo[49]提出并且由Gosselin[50]提高的几何法是现阶段最具代表性的方法。 黄田和汪劲松等利用单参数包络曲面组理论，把受到杆长和球铰约束的工作空间约束问题转变为几个变心球面组的包络面求解问题。 Gosselin[51]应用圆弧相交的理论确定了并联机构在固定姿态时的工作空间，Masory 等人充分考虑 了伸缩杆限制、铰链极限转角约束以及杆件之间干涉约束等因素对Stewart 平台机构工作空间的影响，最后确定了工作空间受到机构尺寸的影响。 工作空间的数值法分析方法主要是通过机构主动件和从动件的约束条件来确定机构的工作范围。 [52]应用蒙特卡罗法的统计规则得出并联机构的工作空间边界。 速度与加速度 并联机构的速度加速度分析是研究机构运动学性能和建立数学模型的重要基础，现在国内外专家学者主要通过公式求导法、网络分析法、张量法以及矢量法对并联机构速度和加速度进行求解分析。 Xu 等人对杆长方 程进行求导来得出速度和加速度，但是因为山东科技大学工程硕士 学位论文 绪论 8 有的位移方程比较复杂，无法进行一阶、二阶的方程求导。 胡波等人利用虚功原理对雅克比矩阵进行求导得出机构速度、表达式，其过程简洁明了。 Ficher[53]通过对速度映射矩阵进行转置和线性变换，推导出了机构速度和加速度计算公式。 灵巧度 并联机构的灵巧度研究方法有多种 [5458]。 Yoshikawa、白师贤等人用可操作性作为衡量并联机构灵巧度的指标。 饶青等人以雅克比矩阵的条件数衡量了并联机构的性能。 Liu等人对雅克比矩阵的最小奇异值就行了研究，他们发现最小奇异值 的最大值能够更好的反映灵巧度指标，并且利用此指标分析了一个两自由度的机构。 黄田等人研究分析了Stewart 平台的局部灵巧度，在研究 3HSS 机构时黄田发现了关于尺度综合的问题，它包含总体灵巧度性能、局部灵巧度指标、动平台运动能力等问题，他把条件数的最大值最小值之比和平均值进行了结合，得出了一个既可以评价机构工作空间也可以评价机构灵巧度的指标。 赵克定利用条件数、最小奇异值和可操作性三种评定指标对 Stewart 平台进行了灵巧度的分析，并利用解析法对其进行了分析。 陈修龙 [59]等人将最小奇异值、可操作性和条件数进 行了综合评定，定义了。