含五杆闭链的并联机构构型综合及主要运动性能分析研究
《2024年度五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着工业自动化、精密制造及机器人技术的不断发展，调姿平台作为一种高精度、高效率的定位与调整设备，在各个领域的应用日益广泛。
五自由度并联调姿平台作为其中的一种重要类型，具有结构紧凑、承载能力强、动态响应快等优点，被广泛应用于航空航天、精密制造、医疗设备等领域。
本文旨在深入探讨五自由度并联调姿平台的机构学研究，为相关领域的进一步发展提供理论支持。
二、五自由度并联调姿平台的结构特点五自由度并联调姿平台主要由基座、动平台、驱动装置和连接杆等部分组成。
其中，基座固定不动，动平台承载负载并实现多个方向的运动，驱动装置提供动力支持，连接杆将动平台与驱动装置相连。
由于采用并联结构，该平台具有较高的刚度和承载能力，同时能够实现多个方向的独立运动。
三、机构学研究内容1. 运动学分析：通过对五自由度并联调姿平台的运动学方程进行研究，分析各驱动装置的输入与动平台的输出之间的关系，为控制系统的设计提供依据。
2. 动力学分析：通过对平台的动力学模型进行研究，分析平台在运动过程中所受的力和力矩，以及各驱动装置的动态响应特性，为优化平台性能提供理论支持。
3. 结构优化：通过对平台的结构进行优化设计，提高平台的刚度、承载能力和动态响应速度等性能指标，以满足不同应用领域的需求。
4. 误差分析：对平台进行误差分析，包括制造误差、装配误差、环境因素等对平台性能的影响，为提高平台的精度和稳定性提供依据。
四、研究方法与技术手段1. 数学建模：通过建立五自由度并联调姿平台的数学模型，描述平台的运动特性和动力学特性。
2. 仿真分析：利用仿真软件对平台进行仿真分析，验证数学模型的正确性，为实验研究提供依据。
3. 实验研究：通过实验测试平台的性能指标，包括精度、承载能力、动态响应速度等，为优化设计和改进提供依据。
4. 优化算法：采用优化算法对平台的结构进行优化设计，提高平台的性能指标。
五、研究成果与应用前景通过五自由度并联调姿平台的机构学研究，可以进一步提高平台的性能指标，如精度、承载能力、动态响应速度等。
可实现平面任意曲线的新型五杆机构研究
１ ４
《 装备 制造 技术 ）０２年 第 ８期 ２１
为 Ｚ ｆ Ｚ 点 Ａ的坐标 为（ ，＾ ， 点 Ａ 的坐标利 ｔ２， 、、 ， 】 ）将 ， 用状态空间方程转化为时间的函数 ， 为
Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎ ． ， ０ ２ ｎ ｆｃ ｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ８ ２ １ ｉ
可实现平面任 意 曲线的新型五杆机构研 究
王 育 仁 （ 州 中侨 集 团彩色 印刷包 装公 司 ， 建 泉 州 ３２ ０ ） 泉 福 ６０ ０
１ 机构设计分析【 ｑ
如图 １ 所示 ，该 五 杆机 构 能使 其 铰链 点 Ａ在 工 作 空 间 内实现 任 意 曲线 ，图 ｌ中 ， 、 Ａ、 Ｃ为 转 动 副 ，
ａｂ 、 为移动副 ， 因此其 自由度为
Ｆ＝３ 一 ：３×４ ２Ｘ５＝２ ｎ － （） １
对于 此 五杆 机构 ， 需要 两个 原 动件 ； 能使 其 具 才 有确定运动。在此设计中， 选用两个移动副 ａｂ 、 作为
Ｇ （
， ＋６ ｍ ）
ｆ ＝ ｔ 蜀 ） ，、 ＾ Ｉ ＝ （） ｇｔ 一 在 式 （ ） ，为 时 间 ， ２中 ｔ 即将 Ａ点 的运动 分 解 到两 个 坐标 轴 方 向 ， 由几 何关 系 可得
则 可得 到杆 １的最 短和最 长 分别 为
ｒ — — — —— — — —— — —— — —— 一 ；
由于物理条件 的要求 ，使得活塞杆 的行程应小 于杆 ｌ 的最 短杆 ， 即
混合驱动平面五杆并联机构的工作空间研究
（Ａ＋丑＋Ｃ）Ｘ２—２ＤⅨ＋Ａ＋曰一Ｃ＝０
（５）
其中
Ａ＝砰＋层＋层＋ｚ；一琏
８＝２２４ｆ５ｃｏｓ口４—２ｆｌ Ｚ４ｃｏｓ（六一日１）一２Ｚｌ Ｚ５ｃｏｓ口１ Ｃ＝２２３ Ｚ４ｃ０８口４＋２２３２５—２２１ｆ３ｃｏｓ口ｌ
Ｄ＝２２３ Ｚ４ｓ协以一２Ｚｌ Ｚ３ｓｉｎ口ｌ Ｘ：Ｘ（Ｚｌ，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，ｐ１，六）＝ｔａＩｌ（口３／２）
工 命作＝点 一ｒ：纵ｒ坐 ｃ２ｏｃ标ｓｏ（的ｓ铲鸭位口置刊’误蛊差 雨△ 揣抵ｙ△出为ｚｆ一ｌ—
嘲［ｓｉｎ鸲以一训ｒ：蛊ｓｉｎ（揣臼，△一口ｆ）３｛＋粼］△ｚ。一
咖ｕｆ配Ⅲｎｇ ｑｕ粕ｔｉｔａｔｉｖｅ删ｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｌｌｅ硒ｓｅＩＩｌｂｌｙ ｅｍ叶，ｔ｝Ｉｅ ｐ血ｃｉｐｌｅ ０ｆ锄珊ｓｕｐｅｌｐｏｓｉｔｉ∞ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
０ｆ ｔＩｌｅ
ａｃｃ呲ｙ ｅ珊ｒ ｉｎｎｕｅｎｃｅ ０ｎ ｍｅ
ｏｆ ｗｏｒｋｓｐａｃｅ，Ｗｈｉｃｈ ｈ嬲黟ｅａｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉ印ｍｃ锄ｃｅ．
绘制混合驱动平面五杆并联机构的工作空间的程 序流程图如图３所示。
要使常规电机和伺服电机都做单向周转运动，且 符合实际工况要求。平面五杆中最长杆与较短两杆杆 长之和小于其他两杆杆长之和，且最长杆作为机架、较 短两杆作为连架杆［５】１８２２—１８２３。例如，Ｚｌ－８，ｆ２＝２６，ｆ３ ＝２８，Ｚ４＝１０，ｚ５＝３０，７２＝２０，此时Ｚｌ、Ｚ４均作单向整周 转动。
实际应用中不太直观；文献［６］根据混合输入五杆机构 的可动性条件用图解的方法给出了连杆铰接处的工作 空间，但是精度不高且求解效率低。本文中我们采用解 析法定量推导出常速、伺服电机不同组合的转角输入所 对应的机构工作点位置输出，并给出求解流程图，通过 Ｍａｔ协编程实现运用软件方式绘制工作空间；此外，运 用原始误差独立作用原理（叠加原理），针对机构理论设 计用于实践过程中构件制造、装配误差而引起的机构工 作点的工作空间误差进行了分析。
混合驱动五杆机构的构型和连杆曲线变化规律的研究
( 5)
ClaSSI : LmaX + Lmin1 + Lmin2 = La + Lb
( 6)
因此根据平面五杆机构中能成为曲柄杆件数可将平面
五杆机构分为三曲柄机构~ 双曲柄机构~ 曲柄摇杆机构和双 摇杆机构G
对 ClaSS I 类机构 由式( 2) ~ ( 3) ~ ( 4) 知: ClaSS I A: 若 两 较 短 杆 为 L1~ L5 则 转 动 副 A~ B~ E 为 周转副 C 不为周转副 则当两输入角等于任意角时 杆 L1~ L4~ L2 都能成为曲柄 而角 7 永远不等于 O 或 18O 该机构 称为无条件三曲柄机构G 该构型的尺寸条件为
L4 + L1 + L5 < L2 + L3
< L2 + L1 + L5 < L3 + L4
( 7)
L L3 + L1 + L5 < L2 + L4
ClaSS I B: 若 两 较 短 杆 为 L4~ L5 则 转 动 副 A~ D~ E 为
周转副 C 不为周转副 则当两输入角等于任意角时 杆 L1~
根 据 式 ( 2) 在 平 面
铰链五杆机构中 连接某
个转动副的两个邻杆中
若 其杆长满足式( 2) 的杆 长条件 则该转动副为周
转副 否则为摆动副, 再
根 据( 2) 式进一步推理可
得知: 在平面铰链五杆 2) 则该杆两端的转动副皆为周转副,
( 1Tianjin university Tianjin 300072; 2 Tangshan Iron 8 Steel Co. Tangshan 063000) Abstract: Based on the analysis of the link length of a planar f ive-bar the assemblability of linkage and the suf f icient and necessary condition of the existence of f ull revolvable joint are proposed. Then the type of the planar f ive-bar linkage is analyzed. The existence condition of unconditional triple crank unconditional double crank unconditional crank -rocker and double rocker are derived. Based on computer mechanism simulation the coupler curve of a hybrid f ive-bar linkage With double crank are investigated and some laWs of coupler curve are derived f or the first time. Key words: Five-bar linkage; Coupler curve; Hybrid mechanism; Computer simulation
《2024年五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言五自由度并联调姿平台（5-DOF Parallel Positioning Platform）作为现代机械装置中的重要一环，被广泛应用于各类高端工业自动化设备、航空制造以及机器人领域。
机构学的研究对理解并改进该类设备的运动特性及设计出更加先进的装置至关重要。
本文将对五自由度并联调姿平台的机构学进行研究，通过深入的理论分析以及实际仿真来探讨其工作原理和性能特点。
二、五自由度并联调姿平台的结构特点五自由度并联调姿平台主要由基座、动平台、驱动装置和连接杆等部分组成。
其结构特点在于，通过多个驱动装置的协同作用，实现动平台在五个方向上的自由运动。
其中，五个自由度通常包括三个平移运动和两个旋转运动，具有高度的灵活性和精准度。
三、机构学研究1. 运动学分析机构学的首要任务是进行运动学分析。
五自由度并联调姿平台的运动学分析主要包括对平台的位置、速度和加速度的描述。
通过建立合适的坐标系和运动方程，可以分析出平台在不同驱动条件下的运动轨迹和运动速度，为后续的动力学分析和控制策略提供基础。
2. 动力学分析动力学分析是机构学研究的另一重要内容。
通过对五自由度并联调姿平台的驱动力、惯性力、约束力等动力学因素的分析，可以得出平台在不同运动状态下的动态特性和稳定性。
此外，动力学分析还可以为驱动装置的选择和优化提供依据。
3. 结构优化设计结构优化设计是提高五自由度并联调姿平台性能的关键手段。
通过分析机构的运动传递路径、结构参数等因素，优化机构的设计参数，提高平台的承载能力、运动速度以及动态性能。
同时，利用有限元分析和多目标优化等现代设计方法，可以实现机构设计的轻量化、高效化和智能化。
四、仿真与实验研究1. 仿真研究利用计算机仿真技术对五自由度并联调姿平台进行仿真研究，可以有效地验证理论分析的正确性。
通过建立仿真模型，模拟平台在不同驱动条件下的运动过程，分析平台的运动轨迹、速度和加速度等参数，为实际设备的制造和调试提供指导。
《2024年度五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，机器人技术得到了广泛的应用。
其中，五自由度并联调姿平台作为一种重要的机器人机构，在工业生产、航空航天、医疗康复等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在研究五自由度并联调姿平台的机构学，为该领域的研究和应用提供理论依据和技术支持。
二、五自由度并联调姿平台的概述五自由度并联调姿平台是一种具有五个独立运动轴的机器人机构，可以实现空间三维姿态的调整和定位。
该机构由基座、动平台、驱动装置、连杆等部分组成，具有结构紧凑、运动范围广、承载能力强、动态性能好等优点。
在工业生产中，五自由度并联调姿平台可以用于自动化装配、检测、包装等任务；在航空航天领域，可以用于卫星姿态调整、空间实验平台等任务；在医疗康复领域，可以用于康复训练、假肢控制等任务。
三、五自由度并联调姿平台的机构学研究（一）机构结构分析五自由度并联调姿平台的机构结构主要包括基座、动平台、连杆和驱动装置等部分。
其中，基座是机构的支撑部分，动平台是机构的工作部分，连杆是机构的主要传动部分，驱动装置则是控制机构的运动部分。
在机构结构分析中，需要分析机构的运动范围、刚度、稳定性等性能指标，为后续的优化设计提供依据。
（二）运动学分析运动学分析是研究机构运动规律的重要手段。
对于五自由度并联调姿平台，需要建立机构的运动学模型，分析机构的运动轨迹、速度和加速度等运动参数。
同时，还需要考虑机构的奇异性问题，即机构在某些特殊位置下可能出现的运动不连续或不稳定的情况。
通过运动学分析，可以优化机构的运动规划和控制策略，提高机构的运动性能和稳定性。
（三）动力学分析动力学分析是研究机构受力情况和运动规律的重要手段。
对于五自由度并联调姿平台，需要建立机构的动力学模型，分析机构的受力情况、刚度和动态响应等性能指标。
同时，还需要考虑机构的能量消耗和热力学问题。
通过动力学分析，可以优化机构的驱动和控制策略，提高机构的承载能力和动态性能。
平面闭链五杆机构动力的研究
（ ）当 ｚ ５ ＝一１７ ０ ９０时 ， 一 ＝１０ ｒ ＝３ ０５ ， ｒ ０ ００．～ ７ ．８ 该
并联机器人 工作空 间 的截 面是三 个 以 ｒ 和 ｒ 为半 径 的 一 ～
参考 文献 ：
［ １ Ｓ ｗ ｒ １ Ａ ｐ ｔ ｍａ ｉ ｘ ｄｇｅ ｆ ￣ ｄｍＣ ｔ ａ ３ ￣ ｗ ｔ ｓ ｅｒｅ ｏ ｆ ｏ Ａ］Ｐ ｃ Ｉ一 ｅ ｔ ｈ ｈｉ ｓ ｒ ｎ ｃ ￣ｔ ｅ ｆ ｅｈｎ ａＥ Ｎ ｅｒ ｇ Ｃ ９ ５ １０ ３ １ ８ ｔ ｕ Ｍ ｅ ａｉ ｌ ｎ ｎｅ ｎ ［ ］１６ ， ≈７ ～３ ６ ［ｔ ｏ ｃ ｌ ８
维普资讯 ຫໍສະໝຸດ 第１ ８卷第 １ 期 ２０ 年 １ ０１ ２月
机械设计与研究
Ｍ ａ Ｎｎ ｓ ｎ ａ ｄＲｅｅｒｈ ｃ ｅＤｅｉ ｎ ｓａｃ ｇ
ｖｄ． ８ Ｎｏ １ １ ．
Ｆｅ ． 帅 ２ ｂ ２
文章编号 ：０６ ３３２０）１ ２—３ １０— ４ （ ２０— ２ ２ ０ ０ ０
ｆ Ｈｕ ｔ ２ｌ ｎ ｔｕ ｔｒｌ ｉｅ ｏ ａ￣ｒ］ ］ ｃｕ ｔｄ ｒｂ ｔ ｒ ｓ ＫＨ Ｓ ｒｃ ｌａ ｋｎ ｒ 】 ￣ｔ ｆｈ Ｉ ａ ｅ ａ ｔａｅ ｏ — ｍ － ｌ－ ｏ ａ Ａ ＭＥ Ｊ ｕ ａ ｆ ｃ ｍｉ ＆ ｏ ｒ １ ｋ ｍ￣． ｍ ￣ ａ ｓ ＆ｓａ ｄ Ａ ｔ ｔ ｎ ＿ ｅ ｏ Ｍｅ Ｔｒ ＬＴｓ ｉ ｔ ｎ ｕｏ ｉ ｎ ｉ ｃ ｍａ ｏ
Ｋｌｗｅ ａ ｅ ｃＰ ｂ￣ ｒ ， ９ ｕ ｒＡｃ ｄ ｍｉ ｕ ｌｈｅｓ １ ９６
（） ａ
（） ｂ
［ ］ Ｇ ｎｅ Ｐ ￣ｃ ｏ Ｋ ｒ Ｈ ｉ ｒ Ｓ ｓ ｒ ｔ ５ ｕ ｔ ｒｓｈｗ， ａ ｅ ｚ Ｗｕ ｔ ｙ ｅ ￣ ｃ ｒ ｔ ｌ ｎ ｓ ｔａ ｉ ｏ ｆ Ｈ ｘｐｄ ｄ ｏ ｅ Ｐｒ ／ ｉ ｙｔ ｓ Ｊ ． ｃａ ｆ ｔ ｅ ｏｓａ ｔ ｒ ａ ／ Ｌｎ Ｓ ｓ ａ ｎ ｈ ｏｄ ｋ ｍｔ［ Ａｍ ｋ ｏ ｈ ｅ ＣＲＰ．９７，６ １ ：９ ～２ ５ Ｉ １ ９ ４ （ ）２ １ ９ ： ］ Ｇ ｅｄｎ Ｍ ｅ ｒ ｍ ｄ ｎｏ ｅ ｒ ｔｃ ｏ ６ Ｏ ｍ－ｄ ６ ｃ￣ ｌＣ Ｄ ｔ ｍ ａｏ ｆ ｈ ｋ￣ ｅ ｆ － Ｆ ｐ ＇ｌ ｅ ｔ Ｗｏ ｓ Ｄ ｄ Ｍ ｐ ａ ｒ Ｊ ｏ ｒａｏ Ｍｅ ａｉ ｌ ｅ ， ９ ． １２ ：３ 【 ｓ ］Ｊｕｎｌ ｆ ｃ ｎ ａ Ｄ 嘲 １ ０ （ １ ） ３ １ 。［ ｈ ｃ ９
《2024年五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，五自由度并联调姿平台在航空航天、精密制造、医疗设备等领域得到了广泛应用。
这种平台具有高精度、高效率、高稳定性的特点，其机构学研究对于提高平台的性能和拓展应用范围具有重要意义。
本文旨在探讨五自由度并联调姿平台的机构学研究，分析其结构特点、运动特性及控制策略，为进一步推动其在实际应用中的发展提供理论支持。
二、五自由度并联调姿平台结构特点五自由度并联调姿平台主要由动平台、定平台、驱动机构和连接机构等组成。
其中，动平台是承载工作负载并进行调姿运动的部件，定平台则提供稳定的支撑，驱动机构通过连接机构驱动动平台实现五自由度运动。
这种平台具有结构紧凑、承载能力强、运动灵活等优点，适用于各种复杂工况下的调姿作业。
三、运动特性分析五自由度并联调姿平台的运动特性主要包括位置解算、速度分析和加速度分析等方面。
位置解算是通过分析平台的几何关系，确定动平台上任意一点的位置。
速度分析和加速度分析则是通过动力学分析，得出动平台在运动过程中的速度和加速度变化情况。
这些运动特性的分析对于优化平台结构、提高运动精度和控制性能具有重要意义。
四、控制策略研究五自由度并联调姿平台的控制策略是保证其高精度、高效率、高稳定性运动的关键。
目前，常用的控制策略包括基于位置的控制策略、基于力的控制策略和混合控制策略等。
其中，基于位置的控制策略主要用于实现对动平台上某一点或某一部分的精确位置控制；基于力的控制策略则更注重对动平台所受外力的响应和控制；混合控制策略则结合了位置和力的控制策略，既保证位置精度又兼顾力控制。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的控制策略。
五、实验研究及结果分析为了验证五自由度并联调姿平台的机构学理论，我们进行了一系列实验研究。
通过搭建实验平台，对平台的结构参数、运动特性和控制策略进行实验验证。
实验结果表明，五自由度并联调姿平台具有较高的运动精度和稳定性，能够满足各种复杂工况下的调姿作业需求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
含五杆闭链的并联机构构型综合及主要运动性能分析研究
本文对含五杆闭链的并联机构构型综合问题，—种含五杆闭链的混合驱动六自由度并联机构的正运动学位置求解、工作空间分析、精度设计、实体模型运动仿真及机构杆件干涉分析等问题进行了比较深入的研究。
针对平面机构构型创新设计问题，首次提出了机构设计方案的灰色模糊评判方法，并通过实例进行了分析验证。
对平面五杆闭环机构的类型、运动性能、拓扑特性等进行了深入分析。
通过重点研究5R闭环机构与RPRPR闭环机构在并联机构中的应用，综合出了四种4自由度空间并联机构、两种5自由度空间并联机构和两种6自由度空间并联机构的新构型。
对含五杆闭链的混合驱动六自由度并联机构的运动学位置正解进行了求解。
根据该六自由度并联机构的几何结构特点运用几何分析和虚拟杆长相结合的方法建立起了其运动学数学模型，将求解并联机构运动学位置正解归结于求解一组具有强耦合性的多元非线性方程组的极值问题。
首次提出了利用改进遗传算法来直接优化求解并联机构的运动学正解的所有实数解，并通过计算灰色关联度对求出的结果进行分组的方法。
实例分析结果表明该方法简单方便，求解精度高，完全可用于对不同结构形式的并联机构正运动学问题求解。
根据该六自由度并联机构具有对称结构的特点，结合平面五杆机构的工作区间，运用顶点空间分析法分析了并联机构的整体工作空间的形成过程。
在分析制约并联机构工作空间的约束条件的基础上，基于位置逆解方程，通过边界极值搜索法，给出了并联平台机构工作空间的二维表示图及对应于不同z值的x—y平
面内的工作空间截面形状。
采用有效圆柱体体积来衡量工作空间，详细分析了平台结构尺寸对工作空间体积的影响，给出了各参数对有效圆柱体体积的影响曲线。
在运动学正、逆解的基础上，对雅可比矩阵进行了研究，分析了该并联机构的奇异性。
研究了并联平台机构的精度设计问题。
通过考虑球铰、回转副间隙误差随机性的影响，在运动学逆解的基础上，建立了该新型六自由度并联平台的实际误差模型，并进行了误差的蒙特卡洛模拟分析和误差的灵敏度分析，对平台的结构参数变化对误差的影响进行了计算机仿真分析。
提出了将精度综合问题转化为一个多目标多变量的非线性优化问题，用混沌遗传算法进行求解的方法，并给出了建立精度综合的优化数学模型的方法步骤。
用Pro／ENGINEER实体建模设计软件建立了含五杆闭链的混合驱动6自由度并联机构的实体模型，通过可视化运动仿真对并联机构的干涉性问题进行了直观分析和研究，为对整机的其它性能分析和优化工作打下了基础。