多自由度可控新型机械式挖掘机构的运动学和静力学研究

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1、多自由度可控新型机械式挖掘机构的运动学和静力学研究摘要传统的单自由度机械式挖掘机坚固耐用，但实现挖掘轨迹简单；液压式挖掘机可实现灵活多变的挖掘轨迹，但又存在液压系统漏油、零部件加工维护成本高等问题。基于以上考虑，对一种可用于挖掘机的多自由度可控机构进行研究，由于多自由度可控机构的输出运动是由多个伺服电机共同决定，是多自变量的函数，通过适当的控制模块可实现复杂的运动输出，从而使运动的输出更具柔性化，且驱动电机安装在机架上，避免了在铰链处导致刚性差、惯量大的问题，因此基于该新型机构的挖掘机不仅可以避免传统挖掘机的不足，同时可以较好

2、实现挖掘机的各种动作要求。本文研究主要工作包括以下几个方面：首先，建立机构运动副的螺旋系，利用约束螺旋理论计算新型机构的自由度，并采用闭环矢量法和约束方程建立机构的正向运动学和逆向运动学模型。然后，在位置分析的基础上分析机构的速度和加速度特性，得出机构的一阶和二阶运动影响系数，通过对一阶运动影响系数的分析，结合几何方法得出机构的奇异位形；继而利用隐函数存在定理，分析机构理论工作空间边界的条件，在此基础上结合对机构奇异位形的分析，得出机构的理论可达工作空间。其次，在机构的受力分析上，利用动静法建立整个机构的动态静力学l模型，由此

3、模型可以得出机构各个铰链处的约束反力及主动构件的平衡力矩，为机构的优化设计与综合及其电机参数的选取提供一定的参考。最后，文章对理论分析结果进行仿真，并在虚拟样机的基础上搭建样机的物理模型，通过模拟运行，证明所建模型的合理性，也为后续实物样机的试制提供一定的参考。关键词：挖掘机螺旋理论运动学奇异性动态静力学一l^’一'吐_，．冉K仆厄Ⅳ队TICANDSTATICSSTUDYOFANOVELⅣ几吧TI．FREEDOMM[ECHANICALEXCAVATORWITHCoNTROLLABLEMECHAMSMABSTRACTItisdu

4、l．ableofthetraditionalsingle—degree—of仔eedommechanicalexcavator，butitisnotenou曲ne)【ibilityaIldtrac

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7、u曲propercontrolmodule，allofwhichmakethemotionoutputflexible．Besides，driVemotorsareinstalledinthe6．ameaVoidingthelowrigidityandbiginemaathinge．SoexcaVa幻rbasedonthenewmechanismnotonlyavoidsthedeficienciesoftraditionalones，butalsocancompleteallwofkoftheexcaVator．Themai

8、nresearchincludes：Firstly，thedegreeof行eedomcanbecalculatedbythetheo巧ofscrew、．-。basedonthescrewsystemofkinematicpairs，whilethemodeloffo刑ardand_弋■一补一inversebnematicscanbeestablishedbymemethodofclose—loopVectorandconstrainequations．Secondly，basedonthepositionmodeloneca

9、nanalyzethecharacterofvelocit)，andacceleration，yieldsonecanobtainthefirstorderl(inematicinfluencecoefjficientandthesecond虹nematicinnuencec