并联机构运动学能分析与优化动力学.doc

分类号：TH113.2+2 密 级：公 开UDC： 单位代码：10424工 程 硕 士 学 位 论 文4-UPS-RPS并联机构运动学性能 分析与优化孙 先 洋 申请学位级别：硕士学位 领域名称：机 械 工 程 指导教师姓名：陈 修 龙 职 称：副 教 授 副指导教师姓名：朱 苏 宁 职 称：高级工程师山 东 科 技 大 学二零一三年五月论文题目：4-UPS-RPS并联机构运动学性能分析与优化作者姓名：孙 先 洋 入学时间：2011年9月 领域名称：机 械 工 程 研究方向：先进设计与制造技术指导教师：陈 修 龙 职 称：副 教 授 副指导教师：朱 苏 宁 职 称：高级工程师论文提交日期： 2013年5月 论文答辩日期： 2013年6月8日 授予学位日期： KINEMATICS PERFORMANCE ANALYSIS AND　OPTIMIZATION OF 4-UPS-RPS PMTA Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree ofMASTER OF ENGINEERINGfromShandong University of Science and TechnologybySun XianyangSupervisor: Associate Professor Chen XiulongCollege of Mechanical and Electronic EngineeringMay 2013声 明本人呈交给山东科技大学的这篇工程硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。

该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定 硕士生签名： 日 期：AFFIRMATIONI declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Engineering in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute. Signature: Date:山东科技大学工程硕士学位论文 摘要摘 要本文以一种新型五自由度并联机构—4-UPS-RPS并联机构作为研究对象，对其位置反解、运动学及其性能、结构参数优化设计等方面进行了全面系统的研究。

对4-UPS-RPS并联机构的结构进行了介绍，利用Kutzbach Grubler公式计算出了机构的自由度数；建立了位置反解数学模型，并进行了运动反解分析，完成了刀位数据的坐标转换；对机构进行虚拟运动仿真，用球坐标搜索法确定了该并联机构的工作空间推导出了该并联机构的力雅克比矩阵和速度雅克比矩阵，对速度和加速度进行了分析，通过对比Matlab数值计算和Adams虚拟仿真的结果，相互验证了反解数学模型和雅克比矩阵的正确性定义了力和力矩灵巧度评定指标、速度加速度评定指标，对平均条件数、最小奇异值和可操作性三个灵巧度评定指标进行了分析，并对以上指标进行了三维可视化仿真分析综合以上指标，定义了一个综合评定指标—平方平均灵巧度系数指标，并基于平方平均灵巧度系数指标对并联机构进行了结构优化分析，得到了动平台和定平台铰链点分布角及其所在圆半径的最优参数关键词：并联机构，工作空间，雅克比矩阵，运动学分析，结构优化 ABSTRACTThis article put a new five-axis 4-UPS-RPS PMT as the research object, and its position reverse solution, kinematics and performance, structural parameters’ optimization are studied comprehensively and systematically. The composition of the 4-UPS-RPS PMT is introduced, and use the Kutzbach Grubler formula to calculate the degree of freedom.Position reverse solution of mathematical model is established, the reverse kinematics and the cutter location data’s conversion are completed. The motion simulation of the PMT is finished. Then analyzing the working space of the PMT with the spherical coordinates search method.The force Jacobian matrix and velocity Jacobian matrix are identified, then analyze the velocity and acceleration. Based on the results of numerical calculation and simulation with the Matlab and Adams, the inverse solution model and the Jacobian matrix are verified. Defining the force and moment dexterity evaluation index, velocity and acceleration dexterity evaluation index. The average condition number, the smallest singular value ,operation dexterity evaluation index are analyzed. All of the dexterity evaluation index above are analyzed visually.Defining a comprehensive index: the square mean dexterity coefficient, and optimize he structural of PMT base on the new index, obtain the optimal parameter of the the joints’ distribution position angle and the circle radius on the moving platform and stationary platform.Key words: parallel mechanism, work space, Jacobian matrix, kinematics analysis, structure optimization山东科技大学工程硕士学位论文 目录山东科技大学工程硕士学位论文 目录目 录第一章 绪论 11.1 并联机构的发展概况 11.2 并联机构的理论研究现状 61.3 课题的研究意义 81.4 本文研究的主要内容 8第二章 4-UPS-RPS并联机构运动学分析 102.1 引言 102.2 4-UPS-RPS并联机构描述 102.3 4-UPS-RPS并联机构反解分析 122.4 工作空间三维表示 192.5 本章小结 26第三章 4-UPS-RPS并联机构运动学性能分析 273.1 引言 273.2 并联机构的雅克比矩阵 273.3 并联机构灵巧度的评定指标 373.4 并联机构的灵巧度分析 403.5 本章小结 58第四章 4-UPS-RPS并联机构结构优化设计 594.1 引言 594.2 灵巧度的综合评定指标 594.3 结构优化设计 634.4 本章小结 69第五章 结论与展望 705.1 结论 705.2 展望 70致谢 71参考文献 72攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况 77Contents1 Introduction 11.1 The development of the PMT 11.2 Current theory research of PMT 61.3 The research significance 81.4 The main content of the paper 82 Kinematic analysis of the 4-UPS-RPS PMT 102.1 Foreward 102.2 Description of the PMT 102.3 Reverse solution of the PMT 122.4 Working space analysis of the PMT 192.5 Summary 263 Kinematics performance analysis of the 4-UPS-RPS PMT 273.1 Foreward 273.2。