基于多柔体动力学的并联机构动态特性研究

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1、■硕：ｂ学位论文圓ＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＰａｒａｌｌｅｌＭａｎ－ｉｕｌａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＭｕｌｔｉＦｌ的ｄｂｌｅｂｏｄＤｙｎａｍｉｃｓｐｙＩ研究生：王静巧导獅：朱春霞副教授＼学科专业：欄制造及其自动化键破建堯少Ｉ二０－四针二月１分类号；学校代码；０１５３ＵＤＣ：密级：公开硕壬学位论文基于多柔体动力学的并联化掏动态特惟研究作者姓杂：王静入学年份：２０１２年９月指导教师：朱春霞副教授学科专业：机械制造及其自

2、动化申请学位：工学硕±所在单位：交通与机械工程学院论文提交日期：２０１４年１１月论文答辩日期：２０１４年１２月学位授予日期：２０１５年１月答辩委员会主席：赵春雨答辩委员会组成：赵春雨李斌高凤晒罗继曼王丹论文评阅人：罗维曼张耀满声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加Ｋ标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，化不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均臣在论文中作了明确的说明并表示谢意。

3、作者签杂：Ｉ＃曰期；ｃ／２月２＃年学位论文版权使用授权书、使用学本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查閑和借阅。本人授权沈阳建筑大学（或其授权机拘）可ｋ乂将学位论文的全部或部分巧容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。（如作者和导师同意论文交流，请在下方签著；否则视为不同意。）作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年□一年□一年半虹两年□作者签名：王＃导师签名曰期：２

4、〇供年曰期：苗４年么月硕士研究生学位论文摘要V摘要多体系统包括多刚体系统和多柔性体系统，包含柔性元件的多柔体系统是当前最热门的课题。传统的多体系统动力学研究主要在多刚体的领域内进行，然而由于刚性假设，在一些需要考虑构件变形的特殊情况下很难保证结果的精度要求。并联机构自问世以来就引起了世界各国的广泛关注与高度的重视，随着并联机构向轻型方向的发展，构件的柔度增大，并联机构中构件的柔性变形不仅会导致系统的运动精度降低同时也会引起系统的弹性振动，使得并联机构系统的运动学、动力学性能受到很大的影响。因此，对具有高精度和性能要求的并联机构，就必须计入

5、构件的弹性变形对动力性能和运动精度的影响。并联机构的柔性多体系统是一个多闭环、刚柔耦合的非线性动力学系统，单纯地运用刚体动力学或弹性力学都无法准确描述构件的力学行为，而必须采用多柔体系统动力学理论进行分析。本文将并联机构与多柔体系统有机的结合起来，以具有柔性构件的空间三自由度并联机构为研究对象，基于柔性多体动力学对3-TPT并联机构的动态特性进行研究，主要内容如下：首先，对所研究的3-TPT并联机构的机构特点和运动学问题进行了分析。其中包括并联机构的机构组成和自由度的计算，位置正解和位置反解的分析和仿真，运动影响系数（雅克比矩阵）的计算，速度和

6、加速度的分析和仿真以及机构的奇异性和平稳性的研究。其次，对3-TPT并联机构柔性多体系统动力学性能进行了研究。针对并联机构柔性多体系统建模的复杂性，考虑柔性从动杆刚性运动的刚柔耦合特性，利用假设模态法和拉格朗日方程建立此类并联机构柔性多体系统的动力学弹性振动微分方程。基于Euler-Bernoulli梁理论，采用假设模态法，分析各支链上从动杆的柔性变形，并利用Lagrange法，推导出3-TPT空间并联机构柔性多体系统的动力学方程，完成动力学建模。再次，在MATLAB软件环境下，对3-TPT并联机构柔性多体系统动力学模型进行仿真分析，计算出各支

7、链上从动杆中点处的柔性变形，其中包括轴向变形量、横向变形量和由横向变形引起的轴向缩短量，并计算出由弹性变形产生的弹性势能，完成动力学仿真。最后，分析由弹性变形引起的杆长误差和铰链间隙误差导致最终的动平台的位置误差。分别应用矩阵法和误差独立作用原理建立误差模型，并将由矩阵法建立的误差模型基于蒙特卡洛法进行模拟仿真。本文基于柔性多体动力学对3-TPT并联机构进行动力学建模和仿真分析研究，并分析了由弹性变形引起的杆长误差和铰链间隙误差对机构动平台误差的影响，为此类含有柔性部件的并联机构的动态特性和误差分析的进一步研究奠定了基础。关键词：并联机构；多柔

8、体系统动力学；动态特性分析；弹性变形；仿真VIAbstract硕士研究生学位论文AbstractMulti-bodysystemincludesthe