3-RPS并联机床运动学分析

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随着数控机床技术的发展,并联机床作为一种新型机床已经应用于许多重要领域。鉴于实际应用的需要,少自由度并联机床一度成为研究热点。3-RPS并联机床具有结构刚度高,响应速度快,三杆并联驱动,利于实时控制等优点,在少自由度并联机床中具有代表意义。运动学分析是机构分析的重要组成部分,是机构动力学分析、控制分析、误差分析等环节的重要基础。本课题针对先进制造与自动化研究所自主研制的3-RPS并联机床进行运动学分析,提供前期的运动性能评估,并为后续控制提供依据。首先建立了3-RPS并联机床的运动学模型,分析机构的自由度与独立位姿参数;采用两种方法分析运动学逆解,并在第二种逆解分析法的基础上分析位置正解;在逆解模型的基础上借助MATLAB编程搜索得到工作空间,并编程得到工作空间的体积,进一步得到该机构的应用范围。其次详细分析了3-RPS并联机床雅可比矩阵的求解方法,并指出用现有雅可比矩阵分析方法分析并联机床的运动性能的局限性。在前人的基础上,对矢量构造法加以改进,得到的雅可比矩阵能较为科学地进行灵巧度与奇异性评价。然后借助雅可比矩阵,针对工作空间的特点进行灵巧度与奇异性分析,并且结合机床的工作空间特点与灵巧度指标分析了机构的运动性能,为更科学地评价该机构的运动性能提供依据。最后借助SimMechanics对3-RPS并联机床进行三维实体仿真,实时观察机构的响应速度,验证对工作空间和灵巧度分析的正确性,为后续轨迹规划与结构优化提供依据。
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