六自由度绳索弹簧并联机构的设计与分析.pdf

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1、硕士学位论文六自由度绳索弹簧并联机构的设计与分析DESIGNANDANALYSISOF6-DOFCABLE-SPRINGPARALLELMECHANISM李崇庆哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH271.3学校代码：10213国际图书分类号：681.527.08密级：公开工程硕士学位论文六自由度绳索弹簧并联机构的设计与分析硕士研究生：李崇庆导师：叶正茂副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex

2、：TH271.3U.D.C.:681.527.08DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDANALYSISOF6-DOFCABLE-SPRINGPARALLELMECHANISMCandidate:LiChongqingSupervisor:AssociateProf.YeZhengmaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringAf

3、filiation:SchoolofMechatronicsEng.DateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology：哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要绳索驱动并联机构是一种利用绳索代替传统刚性连杆作为驱动元件来驱动并联机构运动的一种新型并联机构。不同于传统的刚性连杆驱动并联机构工作空间小、质量和惯量大的特点，绳索驱动并联机构具有结构简单、工作空间大、质量和惯量小的优点。但是由于绳索只能承受拉

4、力而不能承受压力，因此?自由度的绳索驱动并联机构至少要由?+1根绳索来驱动，这就导致需要额外的约束或者冗余驱动来实现机构的运动，会使绳索驱动力的协调变得复杂，增加了控制的难度。如果给绳索并联机构的每条支腿的驱动绳索并联弹簧，通过弹簧提供被动力，来使支腿既能够输出拉力，又能够输出推力，则只需要与自由度数目相同的驱动绳索即可完成对于机构运动的控制。本课题的研究对象为由六根绳索和六个弹簧并联作为六条支腿驱动的六自由度绳索弹簧并联机构，主要研究内容如下所示：对可能的构型方案根据弹簧的布置方式和铰接方式的不同进行

5、了分类，并对各种构型方案从实际应用、建模难度等方面进行了优缺点的分析，确定本文研究的构型方案，为了分析引入弹簧对于机构的影响，首先建立了单条支腿引入弹簧前后的模型，对单条支腿引入弹簧的影响进行分析，再建立六自由度绳索驱动并联机构引入弹簧前后的模型，得到了引入弹簧对机构的约束、拉力和刚度的影响。针对本课题的研究对象，给出其位置逆解、位置正解、速度分析、加速度分析、静力学分析、单刚体动力学建模、驱动器动力学模型以及完整的动力学模型，为后续性能分析的数值仿真计算提供了理论基础。推导了机构刚度的完整数学形式，给

6、出了机构性能的耦合度、绳索驱动力等评价指标，并分析了会对性能指标产生影响的因素，逐项分析了各个因素变化时，机构性能的变化情况，为优化设计提供了理论依据。根据前文已有的单个因素对机构性能的影响分析，以驱动绳索的拉力最大幅值最小、机构所占空间最小、中位点耦合度最小进行了基于遗传算法的多目标优化设计，经过简化之后，得到了机构的参数，并对最后的优化结果进行了分析。关键词：绳索弹簧并联机构；刚度；遗传算法；优化设计I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThecable-drivenparallelmec

7、hanismisanewtypeofparallelmechanismthatutilizescablestoreplacethetraditionalrigidlinkagesasdrivingelements.Differentfromthetraditionalrigidlinkage-drivenparallelmechanismwithsmallerworkingspaceandhighermassandinertia,thecable-drivenparallelmechanismhasth

8、eadvantagesofsimplerstructure,largerworkingspace,smallermassandinertia.However,sincethecablescanonlywithstandtensileforcesbutcannotwithstandpressure,then-DOFcable-drivenparallelmechanismmustbedrivenbyatleastn+1cables.Thisl