3-prp平面并联机构的运动与刚度性能研究

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1、3-PRP平面并联机构的运动与刚度性能研究摘要少自由度并联机构不但运动灵活、结构紧凑、精度高、刚度大、承载能力强，还具有制造成本低、易于控制的优点。近几年国内外对少自由度并联机构的研究非常关注。平面三自由度并联机构是少自由度并联机构的一类重要的组成，在各个领域均有比较广泛的应用。本文对3-PRP平面三自由度并联机构进行了系统的研究，主要对该机构的位姿正、逆解、奇异位形、可达工作空间以及刚度特性进行了分析，并且利用ADAMS软件进行了运动学的仿真。首先，对3-PRP平面三自由度并联机构的运动学进行了分析，采用坐标转换方法建立其运动约束方程，分析该机构的正、逆运动学，得到机构的位

2、姿正、逆解；然后在运动学分析的基础上得到了机构动平台输出末端相应的速度、加速度和雅克比矩阵的表达式。其次，将3-PRP平面并联机构的奇异性分为三种不同情况进行研究，得出3-PRP平面三自由度并联机构在工作空间内是免奇异的；对该机构采用极限边界搜索法并且利用MATLAB软件对工作空间进行仿真，求解出3-PRP平面三自由度并联机构的可达工作空间。通过改变该机构的输入量和输出量的变化范围，得出输入量和输出量的变化对3-PRP平面三自由度并联机构可达工作空间的形状和大小的影响十分显著；最后，对3-PRP平面并联机构的灵巧度进行分析，得出了该机构的雅克比矩阵的条件数。然后，利用新的守恒

3、协调转换刚度矩阵推导出了3-PRP平面并联机构的刚度分别在X轴、Y轴、姿态角方向上的刚度分量，并且运用MATLAB软件，得出了给定姿态角情况下的该机构在可达工作空间内的刚度映射分布图，通过已得的刚度映射分布图进一步分析了3-PRP平面并联机构的刚度特性。最后，机构进行运动学仿真。利用三维建模软件UG8.0建立机构的模型，进行装配后导入仿真软件ADAMS中添加约束，建立3-PRP平面并联机构的虚拟样机。对该机构分别进行单轴、两轴和三轴驱动时的运动学仿真。通过改变驱动函数的设置得出驱动函数对机构的运动参数的影响。关键词：3-PRP平面并联机构，运动学，工作空间，刚度特性，仿真分析

4、ResearchonKinematicsandStiffnessCharacteristicsof3-PRPPlanarParallelMechanismABSTRACTParallelmechanismwithfewdegreesoffreedomnotonlyhastheadvantagesofflexiblemovement,compactstructure,highrigidity,highprecision,strongbearingcapacity,butalsohasthecharacteristicsoflowcost,easytocontrol.Planar

5、3-DOFparallelmechanismisakindofimportantcomponentofparallelmechanismwithlessdegreesoffreedom.Ithaswideapplicationinvariousfields.Thispapersystematicallystudiesthe3-PRPplanar3-DOFparallelmechanism(the3-PRPmechanismforshort),andmainlyanalyzespositiveandinversesolutionsofthismechanism,singular

6、configuration,reachableworkspaceandstiffnesscharacteristics.Firstly,thekinematicspropertyofthe3-PRPmechanismisanalyzed.Usingthecoordinatetransformationmethodtoestablishitsmotionconstraintequationstoanalyzethepositiveandinversekinematicsofthemechanism,andthenthepositiveandinversekinematicsof

7、positionarederived;Then,onthebasisofkinematicanalysisofthemovingplatform,itcanfigureoutthespeed,accelerationofmechanismmovingplatformandalsotheJacobianmatrix.Secondly,singularityof3-PRPmechanismisanalyzed.Thesingularitiesaredividedintothreetypes.Theresul