一种新型3-prs-xy串并联机床设计及性能研究

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1、中图分类号：TP242.2密级：公开UDC：621单位代码：10460一种新型3-PRS-XY串并联机床设计及性能研究Studyondesignandperformanceofanovel3-PRS-XYseries-parallelmachinetool申请人姓名孙付伟申请学位工学博士机械制造及其学科专业研究方向并联机器人自动化导师赵俊伟职称教授提交日期2017.5.25答辩日期2017.5.27河南理工大学河南理工大学学位论文原创性声明—本人郑重声明：所呈交的学位论文－ＰＲＳ－：种新型３ＸＹ串并联机床设计及性熊硏宄，是我个

2、人在导师指导下进行的研宂工作及取得的研宄成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研宄的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。一本人愿意承担因本学位论文引发的切相关责任。学位论文作者签名：■年月＾曰Ｚ河南理大１＿＾本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子ｇ：规定，卩学校有权保留和阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编Ａ有关数版，允许论文被查阅

3、和借、任何方式公布论文内容’并可以采用影印缩据库进行检索和传播，允许采用。印保存、汇编、出版本学位论文、扫描或其他手段保密的学位论文在解密后适用本授权。导师签学位论文作者签冰，科和年，月ｆ曰ｗ，年＜月友曰／４致谢本论文是在导师赵俊伟教授的悉心指导下完成的，赵老师严谨的治学态度、严格的工作作风、进取的创新精神都深深的留在我的心里，让我受益终生。无论是课题选择、理论研讨，还是机构搭建、试验研究，以及论文的撰写都饱含了赵老师无私的心血。在日常学习、生活中，赵老师给予了挚爱的关心、指导和帮助。论文即将完成之际，向导师致

4、以崇高的敬意和衷心的感谢！感谢陈国强副教授在论文选题、试验研究及论文写作给予无私的指导和帮助，陈老师学识渊博、治学严谨、平易近人，在整个博士学习阶段，陈老师不仅在技术上给予指导，他为人和做事的态度深深影响着我，让我受益终生。感谢黄俊杰老师和代军老师在科研和写作上对我无私的帮助，感谢机械与动力工程学院的老师给予的关心和帮助，特别是测控技术与仪器系的老师在日常的学习、生活中给予的帮助与关怀。老师们高尚的品格，严谨的工作态度，诲人不倦的耐心，指导着我在学习和科研中不断前进，让我受益匪浅。感谢师妹张芹、党珊珊、师弟李雪峰、李汉超等给予的无私帮助，

5、与实验室的师弟、师妹们共同度过了一段美好时光，是你们让我的博士学习阶段的生活丰富多彩，终生难忘。感谢学院提供良好的学习环境和条件；感谢学院领导和同事对我工作的支持和学习的帮助；感谢研究生处的老师们，感谢他们勤勤恳恳的付出和默默无闻的奉献。感谢我的父母和家人多年来对我的无私付出和默默支持，你们的鼓励和关怀是我不断努力前进的动力。感谢各位专家、教授对本文的评阅和指导！向所有给予我帮助这里无法一一提及的亲人、朋友、同事和学生致以诚挚的谢意！孙付伟2017年6月摘要并联机构在工业生产、医疗器械、航空航天、飞行模拟等领域的应用日益广泛。与串联机构相

6、比，并联机构具有刚度大、响应速度快、累积误差小等优点，但同时又具有工作空间小的缺点，因此，与串联机构相结合的串并联机构可以很好的弥补并联机构的缺点，其研究和应用就更有价值。本文在传统3-PRS并联机构的基础上，设计了一种工作空间可调的3-PRS-XY串并联机床，建立了机构模型，对其进行了运动学、动力学、工作空间、误差、性能指标等方面的分析，搭建了机床样机平台。主要研究内容如下：（1）建立了3-PRS-XY串并联机床的正向运动学和逆向运动学数学模型；针对并联机构正解求解难的问题，提出了基于几何解析法对3-PRS-XY串并联机床的正向运动学进

7、行了求解并进行了可视化分析；通过正向与逆向运动学相互验证求解得到的动平台末端位姿与初始值吻合，验证了所建立的3-PRS-XY串并联机床的运动学数学模型的正确性。（2）采用拉格朗日方法建立了3-PRS-XY串并联机床的动力学模型，推导出了3-PRS-XY串并联机床的动力学方程。对3-PRS-XY串并联机床的运动学和动力学进行了理论分析与仿真，得出了驱动滑块的驱动力变化规律，以及驱动滑块位移和动平台末端执行器的姿态、速度和加速度变化规律。探讨了结构参数对3-PRS-XY串并联机床的运动学和动力学的影响，得出了3-PRS-XY串并联机床的运动学

8、和动力学随机构参数变化的变化规律。理论分析与仿真得结果一致，验证了所建立的运动学和动力学模型的正确性。（3）在机构逆向运动学分析的基础上，利用搜索算法确定了3-PRS-XY串并联机床的工作空间