三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的平行機(jī)設(shè)計

三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的平行機(jī)設(shè)計,三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的平行機(jī)設(shè)計,自由度,并聯(lián),機(jī)構(gòu),平行,設(shè)計 南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計課題：自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的平行機(jī)設(shè)計系 科 機(jī) 械 系 專 業(yè) 機(jī)電一體化/工業(yè)外貿(mào) 班 級 04級 姓 名 解 紅 斌 指導(dǎo)教師 侯 海 云 完成日期 2008年5月 第 33 頁 共 33 頁摘要 文中從運(yùn)動副分析入手，對一種運(yùn)動解耦的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)型研究，該機(jī)構(gòu)由三個正交分布的支鏈組成，且機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副均為轉(zhuǎn)動副，構(gòu)成了機(jī)構(gòu)動平臺x、y、z三個方向的平動解耦；在機(jī)構(gòu)構(gòu)型研究的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，推導(dǎo)出了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)正反解，分析了機(jī)構(gòu)輸入/輸出的速度和加速度等，驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)運(yùn)動解耦的特性。這對該機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析、控制策略、機(jī)構(gòu)設(shè)計和軌跡規(guī)劃等方面的研究，具有一定的理論意義。 關(guān)鍵詞： 三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)；構(gòu)型；運(yùn)動學(xué)；第一章 引言11 并聯(lián)機(jī)器人的出現(xiàn)及特點(diǎn)并聯(lián)機(jī)器人是一類全新的機(jī)器人，它具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差小、精度高、自重負(fù)荷比小、動力性能好、控制容易等一系列優(yōu)點(diǎn)，與目前廣泛應(yīng)用的串聯(lián)式機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系，在新的歷史階段中，并聯(lián)機(jī)器人還將有更為廣泛的應(yīng)用。它可以作為航天上的對接器、航海上的潛艇救援對接器；工業(yè)上可以作為大件的裝配機(jī)器人、精密操作的微動器；可以在汽車總裝線上自動安裝車輪部件；另外，醫(yī)用機(jī)器人，天文望遠(yuǎn)鏡等都利用了并聯(lián)技術(shù)。并聯(lián)機(jī)器人與已經(jīng)用的很好、很廣泛的串聯(lián)機(jī)器人相比往往使人感到它并不適合用作機(jī)器人，它沒有那么大的活動空間，它活動上平臺遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如串聯(lián)機(jī)器人手部來得靈活。的確這種6-TPS結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)其工作空間只是一個厚度不大的蘑菇形空間，位于機(jī)構(gòu)的上方，而表示靈活度的末端件3維轉(zhuǎn)動的活動范圍一般只在60上下，角度最大也達(dá)不到90?？墒呛褪澜缟先魏问挛镆粯佣际且环譃槎?，若用并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)比串聯(lián)式的缺點(diǎn)，也同樣令人吃驚。首先，并聯(lián)式結(jié)構(gòu)其末端件上平臺同時經(jīng)由6根桿支承，與串聯(lián)的懸臂梁相比，剛度大多了，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；第二，由于剛度大，并聯(lián)式較串聯(lián)式在相同的自重或體積下有高得多的承載能力；第三，串聯(lián)式末端件上的誤差是各個關(guān)節(jié)誤差的積累和放大，因而誤差大而精度低，并聯(lián)式?jīng)]有那樣的積累和放大關(guān)系，誤差小而精度高；第四，串聯(lián)式機(jī)器人的驅(qū)動電動機(jī)及傳動系統(tǒng)大都放在運(yùn)動著的大小臂上，增加了系統(tǒng)的慣性，惡化了動力性能，而并聯(lián)式則很容易將電動機(jī)置于機(jī)座上，減小了運(yùn)動負(fù)荷；第五，在位置求解上，串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，但反解十分困難，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難反解卻非常容易。由于機(jī)器人的在線實(shí)時計算是要計算反解的，這就對串聯(lián)式十分不利，而并聯(lián)式卻容易實(shí)現(xiàn)。由于串聯(lián)、并聯(lián)在結(jié)構(gòu)上和性能特點(diǎn)上的對偶關(guān)系，串聯(lián)、并聯(lián)之間在應(yīng)用上不是替代作用而是互補(bǔ)關(guān)系，且并聯(lián)機(jī)器人有它的特殊應(yīng)用領(lǐng)域。因此可以說并聯(lián)機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。12 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的定義并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以嚴(yán)格定義為：上下平臺用2個或2個以上分支相連，機(jī)構(gòu)具有2個或2個以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的機(jī)構(gòu)稱為并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。但從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度出發(fā)，只要是多自由度的，驅(qū)動器分配在不同的環(huán)路上的并聯(lián)多環(huán)機(jī)構(gòu)都可稱之為并聯(lián)機(jī)構(gòu)。13 3-RPS機(jī)構(gòu)圖1-1所示的是一個3自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由3支RCS鏈連接一運(yùn)動平臺和一固定平臺組成的，因?yàn)槔@圓柱副軸線的轉(zhuǎn)動是一局部自由度，所以圓柱副也可以用移動副來倒替，分支等效于RPS支鏈，該機(jī)構(gòu)的分支結(jié)構(gòu)是對稱的，因此，這機(jī)構(gòu)稱為3-RPS平臺機(jī)構(gòu)，以3個移動副作為輸入。（S是指球面副，球面副允許兩構(gòu)之間具有3個獨(dú)立的，以球心為中心的相對轉(zhuǎn)動，具有3個自由度；R是指轉(zhuǎn)動副，允許兩構(gòu)件繞公共軸線作相對轉(zhuǎn)動，描述了兩構(gòu)件之間的空間相對關(guān)系，具有一個自由度；P是指移動副，允許兩構(gòu)件沿公共軸線作相對直線移動，具有一個自由度）。源于軍工需求，將3-RPS并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用到火箭發(fā)射裝置中可以改良傳統(tǒng)火箭炮的平衡，射角，精確度等方面的問題。它的多自由度和便捷的數(shù)字控制方式是多年來火箭發(fā)射裝置夢寐以求的。由自由度的計算可知，該機(jī)構(gòu)能夠完成兩個方向的回轉(zhuǎn)和一個升降運(yùn)動。這一系列運(yùn)動都可以通過電機(jī)帶動，經(jīng)過三條RPS空間運(yùn)動鏈的運(yùn)動，從而促動上平臺的各種運(yùn)動姿勢。 回轉(zhuǎn)運(yùn)動：在這種3-RPS并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)中，下平臺上的電動機(jī)帶動絲桿傳動。該絲桿為滑動絲桿，滑塊的運(yùn)動能帶動其上的RSP鏈隨球面副擺動，從而上平臺繞轉(zhuǎn)動副作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，即有X與Y兩方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 升降運(yùn)動：三條RPS空間運(yùn)動鏈的同時伸縮能促動上平臺的升降運(yùn)動。 圖1-1 3-RPS結(jié)構(gòu)14 并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間的分析工作空間（Workplace）：設(shè)給定參考點(diǎn)C是動平臺執(zhí)行器的端點(diǎn)，工作空間是該端點(diǎn)在空間可以達(dá)到的所有點(diǎn)的集合。完全工作空間（Complete workplace）：動平臺上執(zhí)行器端點(diǎn)可從任何方向（位姿）到達(dá)的點(diǎn)的集合。定向工作空間（Constant workplace）：動平臺在固定位姿時執(zhí)行器端點(diǎn)可以到達(dá)的點(diǎn)的集合。最大工作空間（Maximal workplace）：動平臺執(zhí)行器端點(diǎn)可到達(dá)的點(diǎn)的最大集合，并考慮其具體位姿。完全工作空間和定向工作空間都是最大工作空間的子集.另外，工作空間是并聯(lián)機(jī)構(gòu)的重要特性，影響它的大小和形狀的因素主要有以下三個： 桿長的限制，桿件長度的變化是受到其結(jié)構(gòu)限制的，每一桿件的長度必須小于最大桿長，大于最小桿長。 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)角的限制，各種鉸鏈，包括球鉸接和萬向鉸接的轉(zhuǎn)角都受到結(jié)構(gòu)研制的，每一鉸鏈的轉(zhuǎn)角都應(yīng)小于最大轉(zhuǎn)角。 桿件的尺寸干涉，連接動平臺和固定平臺的桿件都具有幾何尺寸，因此各桿件之間在運(yùn)動過程中可能發(fā)生相互干涉。設(shè)桿件是直徑為D的圓柱體，兩相鄰桿件軸線之間的距離為Di,則DiD。15 設(shè)計簡介與設(shè)計要求 本設(shè)計是在3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置一種平衡機(jī)，以使得上平臺運(yùn)動到任何位置時，電動推桿上的推力基本相等，給電機(jī)的控制創(chuàng)造條件。該平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能適應(yīng)機(jī)構(gòu)的工作空間。本設(shè)計涉及到機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械傳動、電力拖動與控制等方面。通過設(shè)計工作的訓(xùn)練，可有效提高畢業(yè)生工程實(shí)踐能力。3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動范圍為：俯仰20，傾側(cè)20，升降300，載荷1.4T。平衡機(jī)要求能抵消總載荷的70%。16 主要的研究方法和內(nèi)容首先研究電機(jī)的機(jī)械性能，對3-RPS并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動學(xué)描述和受力分析；然后著重研究如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器的平衡問題，進(jìn)行專用平衡機(jī)總體設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上作詳細(xì)的計算與分析。1 了解并聯(lián)機(jī)構(gòu)，對已有的3-RPS并聯(lián)機(jī)器人的工作空間進(jìn)行分析；2 分析平衡力矩圖，探討平衡方案，選擇平衡機(jī)的安裝位置，進(jìn)行平衡能力計算；3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計與計算。第二章 平衡機(jī)的概念與作用機(jī)理在傳統(tǒng)的火箭發(fā)射裝置中，由于其所承載的重量十分沉重，所以在設(shè)計其方向機(jī)和回轉(zhuǎn)機(jī)的時候需要考慮平衡承載力矩。由此，平衡機(jī)被提出，用來平衡起落部分的重量對耳軸產(chǎn)生的重力矩。這在傳統(tǒng)的火箭發(fā)射裝置上比較易于實(shí)現(xiàn)，但在新提出的3-RPS并聯(lián)機(jī)器人中，為了避免上平臺越過其極限位置和RPS連桿在伸縮時承受到太大的重力矩。需要在上下平臺間設(shè)計一個平衡機(jī)，在上下平臺間提供一個推力或拉力，從而提供對RPS連桿的平衡力矩，用以平衡伸縮時對連桿的重力矩，這就需要重新考慮其平衡機(jī)的設(shè)計了。平衡機(jī)的作用就是對起落部分提供一個力（推力或拉力），此力對鉸接點(diǎn)之矩稱為平衡力矩，它與俯仰部分的重力矩大小相近，方向相反， 以此來減小驅(qū)動RPS連桿的電機(jī)產(chǎn)生的力，同時消除撞擊現(xiàn)象。2.1 對平衡機(jī)的要求對平衡機(jī)的主要要求是平衡性要好。由于重力矩是隨俯仰角的大小而變化的，所以平衡機(jī)提供的平衡力矩也應(yīng)作相應(yīng)的變化。這樣才能使平衡機(jī)的平衡性能好，保證仰角時輕便，俯角時平穩(wěn)。此外，對平衡機(jī)的要求還有結(jié)構(gòu)要簡單，重量要輕，工作可靠，拆裝方便，制造容易等。2.2 平衡機(jī)的分類平衡機(jī)按平衡力的方向來分，可以分為推式和拉式兩種。對于推式平衡機(jī)，平衡機(jī)對俯仰部分的推力作用在鉸接點(diǎn)的前方。對于拉式平衡機(jī)，當(dāng)其拉力作用在鉸接點(diǎn)前方時稱為上拉式，當(dāng)其拉力作用在鉸接點(diǎn)后方時稱為下拉式。推式平衡機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，布置容易，但配置位置較暴露，易受損傷，一般用在最大仰角小于60的裝置上。下拉式平衡機(jī)配置較隱蔽，結(jié)構(gòu)緊湊，但不易布置，一般用于仰角大于60的裝置上。平衡機(jī)按彈性元件種類分，有彈簧式和氣壓式。彈簧式平衡機(jī)又分為圓柱螺旋彈簧式和扭力式。螺旋彈簧按其截面不同又有圓截面和矩形截面兩種。扭力式又扭筒-扭桿式和疊板扭桿式之分。氣壓式平衡機(jī)是利用氣體來作為彈性元件的，平衡機(jī)內(nèi)充有數(shù)十個氣壓的空氣或氮?dú)猓靡后w密封，其液量須保證在任何俯仰角時液體都能蓋住緊塞具。有的為了防止液體流入內(nèi)筒，在內(nèi)筒上部焊有細(xì)管，這樣可以充分利用內(nèi)筒空間，減小平衡機(jī)體積。平衡機(jī)外筒上的注氣器，不應(yīng)被其它機(jī)構(gòu)遮蔽，并應(yīng)保證在任何狀態(tài)時注氣孔均在液面之下。氣壓式平衡機(jī)與彈簧式平衡機(jī)相比，結(jié)構(gòu)可以做得非常緊湊，體積小，重量輕，氣壓的調(diào)整也很簡單。為了防止氣體的泄漏，通常是利用液體來密封，而液體又靠緊塞裝置來密封。所以緊塞裝置的摩擦力的大小對平衡機(jī)影響較大，而且氣壓式平衡機(jī)對加工精度要求較高。2.3 一種特別的平衡機(jī)考慮到平衡機(jī)是安裝到并聯(lián)機(jī)器人上，所以合理的選擇其最佳位置是極其重要的。對其性能而言，平衡機(jī)起到的輔助作用十分大，但若安裝不當(dāng)，就不會產(chǎn)生理想的效果，相反，還會引起不必要的許多問題。有一種新型的3-RPS并聯(lián)機(jī)器人，它所采用的平衡裝置別具一格，安裝位置非常獨(dú)特（如圖1-2）。 圖1-2 3-RPS機(jī)構(gòu)及其平衡機(jī)它采用交叉式立體平衡機(jī)，對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能帶來了很大的改善。其中，它加強(qiáng)了機(jī)構(gòu)的升降、俯仰這兩方向上自由度的運(yùn)動，能準(zhǔn)確、快捷地提供機(jī)構(gòu)所需的平衡力矩，但是在傾側(cè)的時候，它不能和其他兩方向上一樣提供合適的平衡力矩。本課題將繼續(xù)研究該種平衡機(jī)的具體設(shè)計方案。第三章 機(jī)電傳動系統(tǒng)機(jī)電傳動系統(tǒng)里，電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體，為了使系統(tǒng)運(yùn)行合理，就要使電動機(jī)的機(jī)械特性與生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性盡量相配合。特性配合好的一個起碼要求就是系統(tǒng)要能穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)電傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行包含兩重含義:一是系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，二是系統(tǒng)受某種外部干擾(如電壓波動、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動等)而使運(yùn)行速度稍有變化時，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運(yùn)行速度。由分析可知，機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要充分條件是：電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線n=f(TM)和n= f(TL)有交點(diǎn)（即拖動系統(tǒng)的平衡點(diǎn)）；當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，TMTL，即若干擾使轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)干擾消除后應(yīng)有TM TL0；而當(dāng)轉(zhuǎn)速小于平衡點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，TM TL，即若干擾使轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)干擾消除后應(yīng)有TM TL0。在機(jī)電傳動系統(tǒng)中選擇一臺合適的電動機(jī)是極為重要的，電動機(jī)的選擇主要是容量的選擇。選擇電動機(jī)容量應(yīng)根據(jù)以下三項(xiàng)基本原則進(jìn)行。發(fā)熱：電動機(jī)在運(yùn)行時，必須保證電動機(jī)的實(shí)際最高工作溫度max等于或略小于電動機(jī)絕緣的允許最高工作溫度a，即maxa。過載能力：電動機(jī)在運(yùn)行時，必須具L有一定的過載能力，特別是在短期工作時，由于電動機(jī)的熱慣性很大，電動機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率若干倍的負(fù)載功率時仍可保證maxa，故此時，決定電動機(jī)容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機(jī)的過載能力。即所選電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax（對于異步電動機(jī)）或最大允許電流Imax（對于直流電動機(jī)）必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLmax和最大負(fù)載電流ILmax。啟動能力：由于鼠籠式異步電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩一般較小，所以，為使電動機(jī)能可靠啟動，必須保證TLstTN，式中st=Tst/TN。 4制動能力電機(jī)的三大機(jī)械特性電動機(jī)有直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類，但凡是在速度調(diào)節(jié)要求較高、正反轉(zhuǎn)和啟制動頻繁或多單元同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，仍廣泛采用直流電動機(jī)拖動。電動機(jī)的啟動就是施電于電動機(jī)，使電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速后正常運(yùn)轉(zhuǎn)。限制直流電動機(jī)的啟動電流，一般有兩種方法：一是降壓啟動，即在啟動瞬間，降低供電電源電壓，隨著轉(zhuǎn)速n的升高，反電勢E增大，再逐步提高供電電壓，最后達(dá)到額定電壓UN時，電動機(jī)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速；二是在電樞回路內(nèi)串接外加電阻啟動，此時啟動電流Ist=UN/（Ra+Rst）將受到外加啟動電阻Rst的限制，隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速n的升高，反電勢E增大，再逐步切除外加電阻一直到全部切除，電動機(jī)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速。生產(chǎn)機(jī)械對電動機(jī)的要求是有差異的，例如，市內(nèi)無軌電車的直流電動機(jī)傳動系統(tǒng)要求平穩(wěn)慢速啟動，若啟動過快會使乘客感到不舒服，而一般生產(chǎn)機(jī)械則要求有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩，以縮短啟動時間，提高生產(chǎn)效率。從技術(shù)上說，一般希望平均啟動轉(zhuǎn)矩大些，以縮短啟動時間，這樣啟動電阻的段數(shù)就應(yīng)多些；而從經(jīng)濟(jì)上來看，則要求啟動設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)和可靠，這樣啟動電阻的段數(shù)就應(yīng)少些。電動機(jī)的調(diào)速就是在一定的負(fù)載條件下，人為地改變電動機(jī)的電路參數(shù)，以改變電動機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。電動機(jī)的調(diào)速是生產(chǎn)機(jī)械所要求的。例如，金屬切削機(jī)床，根據(jù)工件尺寸、材料性質(zhì)、切削用量、刀具特性、加工精度等不同，需要選用不同的切削速度，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率；電梯類或其他要求穩(wěn)速運(yùn)行或準(zhǔn)確停止的生產(chǎn)機(jī)械，要求在啟動和制動時速度要慢或停車前降低運(yùn)轉(zhuǎn)速度以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停止。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速可以采用機(jī)械的、液壓的或電氣的方法。電動機(jī)的制動是與啟動相對應(yīng)的一種工作狀態(tài)，啟動是從靜止加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，而制動則是從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或是限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。就能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)而言，電動機(jī)有兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即電動狀態(tài)和制動狀態(tài)。電動狀態(tài)是電動機(jī)最基本的工作狀態(tài)，其特點(diǎn)是電動機(jī)所發(fā)出的轉(zhuǎn)矩T的方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同；但電動機(jī)也可工作在其發(fā)出的轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反的狀態(tài)，這就是電動機(jī)的制動狀態(tài)。從上述分析可知，電動機(jī)的制動狀態(tài)有兩種形式：一是在卷揚(yáng)機(jī)下放重物時為限制位能負(fù)載的運(yùn)動速度，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，以保證重物的勻速下降，這屬于穩(wěn)定的制動狀態(tài)。二是降速或停車制動時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是變化的，則屬于過渡的制動狀態(tài)。根據(jù)直流他勵電動機(jī)處于制動狀態(tài)時的外部條件和能量傳遞情況，它的制動狀態(tài)分為反饋制動、反接制動、能耗制動三種形式。第四章兩種推桿的介紹4.1 電液推桿電液推桿是一種集機(jī)、電、液為一體的液壓驅(qū)動機(jī)械手。它適用于需要往復(fù)推、拉直線（或往復(fù)旋轉(zhuǎn)一定角度）運(yùn)動也可用于需上升、下降或夾緊工作物的場所，并可進(jìn)行遠(yuǎn)距離高空及危險區(qū)的集中或程序控制。已廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、煤炭、電力、機(jī)械、糧食、水泥、化工、水利、運(yùn)輸、起重運(yùn)輸及港口機(jī)械中的閥門、閘門、換向、傾斜、擺動等的驅(qū)動和控制，是通用的動力源。電液推桿是以液壓缸為主體，電動機(jī)、油箱、油泵、濾油器、液壓控制閥組合的總成。電動機(jī)、油泵、液壓控制閥和液壓缸可裝在同一軸線上，也可按需要裝置在不同軸上，中間有油箱和安裝支座，只需接通電動機(jī)的控制電源，即可使活塞桿位移往復(fù)運(yùn)動?；钊麠U的伸縮由電動機(jī)的正反向旋轉(zhuǎn)控制。 液壓控制閥組合是：溢流閥、伺服閥、液控單向閥等組成；電液推桿可以根據(jù)不同的工況要求設(shè)計不同油路形式的組合閥滿足其工作要求。電液推桿分為單推、單拉和推拉三種形式，調(diào)速形式有推拉調(diào)速型，推調(diào)速型，拉調(diào)速型，推拉均不調(diào)速型。鎖定形式有推拉鎖定型、推鎖定型、拉鎖定型，推拉均不鎖定型。電液推桿具有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，占據(jù)空間小，維護(hù)簡單；回路中設(shè)有雙向液壓鎖，可停在規(guī)定行程范圍內(nèi)的任意位置并自鎖，且保持輸出力不變；可帶負(fù)荷起動，具有過載保護(hù)裝置；拉力、速度無級可調(diào)，驅(qū)動力范圍極廣；因故斷電，推桿自鎖避免發(fā)生事故。但電液推桿工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄露損失等），長距離傳動時更是如此；它對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很容易受到溫度影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件工作；它造價昂貴，而且對工作介質(zhì)的污染比較敏感；同時他出現(xiàn)故障時也不易找出。這些都對電液推桿的傳動質(zhì)量和使用范圍造成一定影響。不符合本設(shè)計的設(shè)計要求。使用電動推桿可以較好得解決以上問題。4.2 電動推桿電動推桿是一種動力驅(qū)動裝置，其安裝不受地形、氣候、距離限制，并以其結(jié)構(gòu)緊湊、使用可靠、節(jié)約能源、安裝方便、維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于電力、機(jī)械、化工、冶金、礦山、輕工、交通、船舶等部門?？赏瓿筛鞣N物體的升降、推拉、平移、旋轉(zhuǎn)、鎖定、門閥的開關(guān)等作業(yè)。同時，電動推桿可通過微機(jī)控制，便捷實(shí)現(xiàn)自動化?，F(xiàn)已被越來越多的部門用它來代替機(jī)構(gòu)手、液墳閥、減速傳動機(jī)構(gòu)的自動裝置中。 電動推桿由電動機(jī)、減速齒輪、絲桿、銅螺母、導(dǎo)向管、活塞桿、軸承座、彈簧、缸筒座、聯(lián)結(jié)叉及限位開關(guān)（選用）等部件所組成。推桿以電機(jī)為動力源，通過一對（或兩對）齒輪傳動變速，帶動一對絲桿螺母傳動副組合，把電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動，利用電動機(jī)正反轉(zhuǎn)完成推拉動作。推力和拉力相等。如通過各種杠桿，搖桿或連桿等機(jī)構(gòu)可完成轉(zhuǎn)動、搖動等復(fù)雜動作。通過改變杠桿力臂長度可以增長行程。電動推桿內(nèi)過載自動保護(hù)裝置，當(dāng)推桿行程到極限位置或負(fù)載超過額定推力一定數(shù)值時，推桿將自動切斷電源，起保護(hù)作用，使電動機(jī)及其它構(gòu)件不致?lián)p壞，但不得以此作為正常運(yùn)行時的限位開關(guān)使用。因此要在推桿上另行配置外行程限位開關(guān)裝置，以控制推桿正常起停。電動推桿按電機(jī)安裝形式分I型、II 型兩種基本形式，同一種形式又分若干個電機(jī)機(jī)座號。在此基礎(chǔ)上增加了III型、IV 型和防爆型，III 型、IV 型的主要技術(shù)參數(shù)及外形安裝尺寸與II 型相同。在III 型的居套外加裝了行程調(diào)節(jié)裝置，使推桿行程從0至最大行程范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，IV 型的中間傳動端加裝手輪，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場操作。電動推桿的螺旋傳動機(jī)構(gòu)又可分為滑動絲桿副螺旋傳動和滾珠絲桿副螺旋傳動兩種。采用滾動絲桿副螺旋機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動，它的摩擦系數(shù)小,摩擦損失減少,傳動效率高,低速時不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象;同時滾珠絲桿副不存在軸向間隙,這樣就提高了它的傳動質(zhì)量和精度, 滾珠絲桿副螺旋傳動還具有壽命長、精度高、軸向剛度高、運(yùn)動平穩(wěn)等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較難；運(yùn)動具有可逆性，需要設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。采用滑動絲桿副螺旋進(jìn)行傳動與滾珠絲桿副螺旋傳動相比它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、減速傳動比大、具有自鎖性、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。在本電動推桿設(shè)計中，由于對絲桿自鎖性要求較高，傳動速度適中，且要求結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易。所以選擇滑動絲桿副進(jìn)行傳動比較合適。第5章 彈簧5.1 彈簧的基本作用和功能彈簧的基本作用就是利用材料的彈性和彈簧本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在產(chǎn)生及恢復(fù)變形時，可以把機(jī)械功或動能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡埽换蛘甙研巫兡苻D(zhuǎn)變?yōu)閯幽芑驒C(jī)械功，即彈簧內(nèi)部儲存能量的大小是變形（位移）的函數(shù)。從某種意義上來講，每一個機(jī)械零件都可看作是一個彈簧，因?yàn)?，所有材料都有一定的彈性。在適當(dāng)外力的作用下，通常它都可以產(chǎn)生一定程度的彈性變形甚至扭曲，這就是彈性體的共同特點(diǎn)。彈簧又許多寶貴的功能，用它可以達(dá)到下列目的：1外力去除后能自動恢復(fù)到原來位置。例如，凸輪從動裝置、閥門頂桿、壓縮機(jī)氣閥以及一些執(zhí)行元件中使用的彈簧；2儲存和釋放能量，對一些機(jī)構(gòu)提供動能。這是最早使用的彈簧、且目前仍在廣泛使用彈簧的一種方法。例如，各種鐘表、電影攝像機(jī)及各種玩具等使用的彈簧；3測量力或物種。例如，彈簧秤、測力計及各種校準(zhǔn)裝置中使用的彈簧；4吸收沖擊或振動。例如，汽車、火車及各種振動裝置中使用的緩沖或減震彈簧；5功率轉(zhuǎn)換。例如，彈簧帶、離合器及法蘭盤內(nèi)使用的彈簧；6提供或保證常壓。例如，制動閘及摩擦離合器中的彈簧等。5.2 彈簧的分類彈簧的種類很多，可按彈簧形狀、承載特點(diǎn)、制造方法及所用材料等方面進(jìn)行分類。如按形狀分：則有螺旋彈簧、板（片）簧、桿簧、蝶形彈簧、環(huán)形彈簧、平面蝸卷彈簧、截錐蝸卷螺旋彈簧以及其它特殊形狀的彈簧；如按承載特點(diǎn)分：則有壓縮彈簧、拉伸彈簧及扭轉(zhuǎn)彈簧等；在壓縮螺旋彈簧中，又可分為圓柱狀和變徑兩大類，前者有圓形截面、矩形截面及多股壓縮彈簧；后者有圓錐形、腰鼓形（中凹型、中凸型及組合型等）及蝸卷型；由于螺距不同，它又可分為等螺距和變螺距兩類壓縮螺旋彈簧；如按成型方法分：則有冷成型彈簧和熱成型彈簧兩大類；如按材質(zhì)分：則有碳素鋼彈簧、合金鋼彈簧、不銹鋼彈簧，磷青銅彈簧、鈹青銅彈簧以及各種特殊合金彈簧等。在非金屬材料方面：則有塑料彈簧、橡膠彈簧及陶瓷彈簧。此外，還有液體彈簧及空氣彈簧等。壓縮彈簧:A、YI型：兩端面圈并緊磨平B、Y型：兩端面圈并緊不磨平。磨平部分不少于圓周長的3/4，端頭厚度一般不少于d/8。(a)Y型 (b)Y型 彈簧指數(shù)C：彈簧中徑D2和簧絲直徑d的比值即：C=D2/d。彈簧絲直徑 d 相同時，C 值小則彈簧中徑D2也小，其剛度較大。反之則剛度較小。通常C值在416范圍內(nèi)，可按表12-2選取。表12-2圓柱螺旋彈簧常用彈簧指數(shù)C彈簧直徑d/mm0.20.40.511.12.22.567161842C7145125104104846在外力作用下，不論哪一種類型的彈簧，在其材料中所產(chǎn)生的應(yīng)力往往是彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。根據(jù)材料中產(chǎn)生的主要應(yīng)力類型來分，則彈簧的類型可歸納如表1-1所示。 表1-1應(yīng)力類型彈簧類型 彎曲應(yīng)力多板彈簧、薄板彈簧、扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧、蝸卷彈簧（包括發(fā)條彈簧）、蝶形彈簧 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力壓縮螺旋彈簧、拉伸螺旋彈簧、扭桿、截距蝸卷螺旋彈簧（即筍形彈簧） 拉壓應(yīng)力環(huán)形彈簧 復(fù)合應(yīng)力箍簧、Z字型（鋸齒形）彈簧5.3 彈簧的材料選用彈簧材料的選用，應(yīng)根據(jù)彈簧所受載荷性質(zhì)、使用要求、工作條件、尺寸規(guī)格、工作應(yīng)力大小和使用壽命高低以及價格等因素進(jìn)行選擇。在確定彈簧材料截面尺寸和形狀的時候，應(yīng)優(yōu)先選用國家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸規(guī)格，盡量避免選用非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的材料。冷拉（軋）材料不但強(qiáng)度高，表面質(zhì)量比較好，而且制造工藝簡單。因此，對中、小型彈簧，或疲勞壽命要求高的彈簧，應(yīng)盡量選用冷拉（軋）或冷拉（軋）后磨光的彈簧鋼絲或鋼帶。鉛淬冷拉碳素彈簧鋼絲表面質(zhì)量好，強(qiáng)度高，并具有較好的塑性。缺點(diǎn)是在成材過程中，由于冷拉加工所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較大，經(jīng)低溫回火后尺寸變化較大，因而影響彈簧的尺寸精度。油淬火回火鋼絲沒有殘余應(yīng)力，冷成形彈簧尺寸精度容易控制，低溫回火后尺寸變化很小，特別是因?yàn)闆]有殘余應(yīng)力，抗松弛性能比鉛淬冷拉鋼絲好。因此，對于彎曲半徑較小的拉、扭螺旋彈簧以及鋼絲直徑較小的壓縮彈簧，應(yīng)優(yōu)先選用鉛淬冷拉碳素彈簧鋼絲，而對冷成形尺寸要求較高的彈簧和鋼絲直徑較粗并要求抗松弛性能好的彈簧，則應(yīng)選用油淬火回火鋼絲。正方形或矩形截面材料的螺旋彈簧，彈性變形能比較高，可使彈簧體積小型化，使用于空間位置小或受沖擊載荷作用的彈簧，但正方形或矩形材料來源短缺、價格比較高，且彈簧成形比較困難，所以一般較少采用。在正常條件下使用的彈簧材料主要是彈簧鋼，選材時主要是根據(jù)彈簧的載荷性質(zhì)、應(yīng)力大小、壽命高低等條件確定。在低應(yīng)力下使用的彈簧，一般選用碳素彈簧鋼；而在中等應(yīng)力下工作的彈簧，一般選用硅錳彈簧鋼；在高應(yīng)力下或有沖擊載荷條件下使用的彈簧，一般選用硅鉻和硅鎢彈簧鋼；要求疲勞壽命較高的彈簧，一般選用鉻釩、鉻錳、硅錳鉬釩鈮等并表面質(zhì)量好的鋼材。選擇材料時，還應(yīng)注意材料的淬透性，完全淬透的彈簧比沒有淬透的彈簧的疲勞強(qiáng)度、儒變極限和沖擊韌性要好得多。選材時應(yīng)在滿足彈簧性能的條件下，盡可能選用價格低、來源方便的材料，以減低成本。5.4 在設(shè)計彈簧時，應(yīng)該考慮的基本工作性能在設(shè)計彈簧時，應(yīng)該考慮的基本工作性能有以下幾個方面：1）彈簧的特性線，即載荷和變形的關(guān)系；2）彈簧的變形能；3）彈簧的自振頻率；4）彈簧受迫振動時的振幅。設(shè)計和使用彈簧時，不僅要根據(jù)要求選擇彈簧的類型和材料，而且要求出彈簧的具體尺寸，使它與所占空間的大小及許用應(yīng)力的高低相適應(yīng)。為了解決這些問題，經(jīng)常要應(yīng)用下列三個關(guān)系：1彈簧的變形（位移）是載荷的函數(shù)，反之亦然；2材料中的最大應(yīng)力是載荷或變形的函數(shù)；3形變能（應(yīng)變能）是載荷和變形的函數(shù)。彈簧的特性線對于其設(shè)計和選擇具有重要作用。直線型特性的彈簧，剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，故應(yīng)用最廣泛。具有漸增型特性的彈簧，當(dāng)載荷達(dá)到一定值后，剛度急劇增大，從而起到保護(hù)彈簧的作用。多板彈簧，環(huán)形及蝶形彈簧等，由于摩擦損失，加載與卸載的特性線不重合，因而具有特別好的減震或緩沖功能。對彈簧進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該注意以下一些事項(xiàng)：1 彈簧材料的選擇：要根據(jù)彈簧的工作條件、負(fù)荷種類等來選擇彈簧的材料。2 許用應(yīng)力值的確定：主要是根據(jù)各種材料來確定，見表。3 彈簧鋼絲材料的需用切應(yīng)力，不能從表中直接查出，需要用其材料本身的抗拉極限強(qiáng)度值換算。4 工作極限切應(yīng)力的選取如下：類負(fù)荷彈簧167；類負(fù)荷彈簧126；類負(fù)荷彈簧112。5 拉伸彈簧需用應(yīng)力為壓縮彈簧許用應(yīng)力的80%。6 對重要的、其損壞會引起整個機(jī)械損壞的彈簧許用切應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)降低。7 經(jīng)強(qiáng)壓（拉）處理的彈簧，產(chǎn)生塑性變形層和反向應(yīng)力。塑性變形層愈深，反向應(yīng)力也愈大，因而可提高彈簧工作的許用切應(yīng)力，最高達(dá)25%左右。8 壓縮、拉伸彈簧再高溫下使用時，材料的強(qiáng)度極限隨溫度的升高而下降。此時，許用應(yīng)力應(yīng)按使用溫度時材料的強(qiáng)度極限選取。9 設(shè)計要點(diǎn)：設(shè)計和制作壓縮彈簧時，必須知道以下五個條件，缺一不可。2（或1、）（或1、或或）0選向（左旋或右旋）根據(jù)工作條件，正確選擇材料，確定許用切應(yīng)力值的大小，是設(shè)計和制作壓縮彈簧的關(guān)鍵問題之一，必須按表切實(shí)掌握。旋繞比（=2/）的范圍，要選擇得合理，一般取412。如選得太小，彈簧承受負(fù)荷時，其截面的內(nèi)層與外層產(chǎn)生的切應(yīng)力值的差別很大，使用中容易折斷。另外往往容易在大截面、和承受重負(fù)荷的彈簧制作工藝中帶來了困難。如可能會出現(xiàn)在熱卷大截面彈簧時，卷簧機(jī)帶不動而被迫停產(chǎn)的嚴(yán)重現(xiàn)象。旋繞比如選得太大，又會造成浪費(fèi)材料或使立放小截面彈簧產(chǎn)生顫動等現(xiàn)象，甚至?xí)チ藦椈傻淖饔?。彈簧的?xì)長比（=0/2）值應(yīng)在153范圍內(nèi)選取。掌握好彈簧的承受負(fù)荷P、變形量F和切應(yīng)力三者之間的關(guān)系。任何一個壓縮彈簧當(dāng)承受一定的負(fù)荷P1時，就會產(chǎn)生相應(yīng)的變形量F1和在彈簧內(nèi)部產(chǎn)生了相應(yīng)的切應(yīng)力1，在不斷承受負(fù)荷的過程中，在每一個瞬間，這三個數(shù)值都同時出現(xiàn)，并按一定的關(guān)系在變化著。（6）壓縮彈簧工作區(qū)間的選取。壓縮彈簧工作變形量應(yīng)在全變形量的2080%范圍內(nèi)選取。要求剛度時，工作變形量應(yīng)在全變形量的3070%范圍內(nèi)選取。（8）根據(jù)彈簧的工作溫度條件來看，大部分彈簧都是在室溫條件下使用，也有在低溫（零下幾十度）下使用和在高溫（幾百度）下以及在高溫高壓下使用的，這些彈簧都要合理地選擇不同的材料和不同的方法來進(jìn)行熱處理。（9）根據(jù)工作條件的需要，有的彈簧需要耐腐蝕，有的彈簧要有恒彈性等。為此，都要分別選擇合適的材料來制作。（10）疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算。（11）靜強(qiáng)度驗(yàn)算。靜強(qiáng)度的安全系數(shù)計算公式=/，式中為彈簧材料的屈服極限。許用安全系數(shù)的選取同疲勞強(qiáng)度核驗(yàn)。（12）彈簧的共振驗(yàn)算。承受變負(fù)荷的類彈簧，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，還須進(jìn)行共振驗(yàn)算。對于減震彈簧，按下式驗(yàn)算：=，式中=9800毫米/秒2，負(fù)重（公斤），=（公斤力/毫米），強(qiáng)迫機(jī)械振動頻率（1/秒）。對于類似氣門彈簧機(jī)構(gòu)，按下式驗(yàn)算：（1/秒），式中=9800毫米/秒2；=785*10-6公斤/毫米3。當(dāng)G=8000公斤力/毫米2時，f=356*105*（1/秒）。自振頻率f與強(qiáng)迫振動頻率fr之比應(yīng)大于10，即：10。10 設(shè)計計算的步驟。根據(jù)題中所給條件可確定如下：首先根據(jù)彈簧的使用情況，按表選用合理地材料。（2）材料選好后，根據(jù)彈簧承受負(fù)荷的種類，確定為類、類或類彈簧，在表中可以查出許用切應(yīng)力值和切變模量值。（3）根據(jù)類、類或類負(fù)荷彈簧和選定的可從公式中得到該彈簧的工作極限應(yīng)力。（4）如題中已知、2值，可求出=2/值代入公式后求出值并根據(jù)上述值一起代入公式，求出值。（5）如題中已知值，可由公式中求出值。（6）可以設(shè)=、=。（7）由公式=（+1）d（熱卷）或公式=（105）d（冷卷）中，以、代入求出。（8）由公式=0移項(xiàng)后，0=+=+求出0值。（9）其他如有未知數(shù)時，可由有關(guān)公式來求出。5.5 影響彈簧疲勞強(qiáng)度的因素1 屈服強(qiáng)度-一般來說，材料的屈服強(qiáng)度愈高，疲勞強(qiáng)度也愈高，因此，為了提高彈簧的疲勞強(qiáng)度應(yīng)設(shè)法提高彈簧的屈服強(qiáng)度，或采用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比值高的材料。2 表面狀態(tài)-最大應(yīng)力多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以，彈簧的表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響很大。彈簧材料在軋制、拉拔和卷制過程中造成的裂紋、疵點(diǎn)和傷痕等缺陷往往是造成彈簧疲勞斷裂的原因。材料表面光潔度愈高，應(yīng)力集中愈小，疲勞強(qiáng)度也愈高。3 尺寸效應(yīng)-材料的尺寸愈大，由于各種冷加工和熱加工工藝所造成的缺陷可能性愈高，產(chǎn)生缺陷的可能性也越大，這些原因都會導(dǎo)致疲勞性能下降。4 冶金缺陷-冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析等等。存在于表面的夾雜物時應(yīng)力集中源，會導(dǎo)致夾雜物與基體界面之間過早地產(chǎn)生疲勞裂紋。采用真空冶煉、真空澆注等措施，可以大大提高鋼材的冶金質(zhì)量。5 腐蝕介質(zhì)-彈簧在腐蝕介質(zhì)中工作時，由于表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕或表面晶界被腐蝕而成為疲勞源，在變應(yīng)力作用下就會逐步擴(kuò)展而導(dǎo)致斷裂。腐蝕對彈簧疲勞強(qiáng)度的影響，不僅與彈簧受變載荷的作用次數(shù)有關(guān)，而且與工作壽命有關(guān)。在腐蝕條件下工作的彈簧，為了保證其疲勞強(qiáng)度，可采用抗腐蝕性能高的材料，如不銹鋼、非鐵金屬，或者表面加保護(hù)層，如鍍金屬、法蘭、涂亮漆等。實(shí)踐表明鍍鎘可以大大提高彈簧的疲勞強(qiáng)度。6 溫度-碳鋼的疲勞強(qiáng)度，從室溫到120C時下降，從120C到350C又上升，溫度高于350C以后又下降，在高溫時沒有疲勞極限。在高溫條件下工作的彈簧，要考慮采用耐熱鋼。在低于室溫的條件下，鋼的疲勞極限有所增加。第六章 平衡力的計算1. 上平臺加載1.4t,從中間位置上升150，平衡機(jī)抵消70的載荷。 假設(shè)平橫狀態(tài)下桿AE、BD、CF的長度為1m，上、下平臺(圓盤)的半徑:=0.51m；=0.86m，AE與豎直方向的夾角為15度，EF=ED=DF=0.75m=750mm，AB=BC=AC=0.35m=350mm，AED=80。由幾何關(guān)系知，AE=AG=AEcos15=1292.9mm(AG為A到地面的距離)取PQ=1125mm, AG=AG+150=1442.9mmtgPHQ= PHQ=37.9,所以NHQ=90-37.9=52.19800=2FQHSin52.1FQH=6202.5NtgPMQ= = PMQ=41SinPMQ=QM=1714.8mmSinPHQ= 所以X=1831.4-1714.8=116.6mmFQH=6K1X K1= FPN= FQH=5K2 K2= 2. 上平臺加載1.4t,從中間位置下降150，平衡機(jī)抵消100的載荷。 AG= PMQ=PMQ=49.8SinPMQ=X=QM-Q M=1714.8-1472.9=241.9mm14000=2 QMSin(90-49.8) FQM=10769.2NK3= K4= 3. 平衡機(jī)上平臺處于中間位置加載1.4t，右端上仰20，抵消85的載荷。 14000%=11900N11900=FQMQMJ+FPNSinMNPFQMCosQMJ= FPNCosMNP因?yàn)镻MQ=41，所以QMN=49取QMJ=40，MNP=60，代入上面兩個式子得：FQM=6040.6N，F(xiàn)PN=9302.5NMO= （MO為M到底平面的距離）MQO=35，所以MQ=MQ=所以X1=1918.7-1712.1=206.6mmFQM=6K5X1 K5= NP= X2= NP-PN=1961.4-1712.1=249.3mm所以FPN=5K6X2 K6= 4. 平衡機(jī)上平臺處于中間位置加載1.4t，右端向上傾側(cè)20，抵消80的載荷。 算法同上述第三種情況，計算得： F1=5686N，F(xiàn)2=8756N ， 6FCos=947.7，=10所以F=160.4N=K7X ，又因?yàn)閄= 所以K7= ； 5FCos=1751.2，=10 所以F=355.6N=K8X , 又因?yàn)閄= K8= 6.1 彈簧的選取由以上四種情況分析，決定選用硅錳彈簧鋼（60硅2錳），這種材料彈性好，回火穩(wěn)定性好，易脫碳，用于制造受大載荷彈簧。作為類載荷（受作用次數(shù)在103105次范圍內(nèi)的變載荷，以及沖擊載荷等），查1知，這種材料的許用剪應(yīng)力t=680N/mm2，許用彎曲應(yīng)力=850 N/mm2，剪切彈性模數(shù)G=80000 N/mm2，拉伸彈性模數(shù)E=200000 N/mm2，推薦硬度4550HRC，推薦使用溫度-40200。6.1.1 計算彈簧鋼絲直徑旋轉(zhuǎn)比= ，為了使彈簧本身較為穩(wěn)定，不致顫動或過軟，值不能太大；但為避免卷繞時彈簧絲受到強(qiáng)烈彎曲，值又不應(yīng)太小，通常取=416。由表2-12，取C1=6，C2=8，由此得，。再由公式知，。6.1.2 計算簧圈直徑彈簧圈內(nèi)徑D11=D1-d1=C1d1-d1=（6-1）6.4=32mm，D12=D2-d2=C2d2-d2=（8-1）7.1=49.7mm。彈簧圈外徑D21=D1+d1=C1d1+d1=（6+1）6.4=44.8， D22=D2+d2=C2d2+d2=（8+1）7.1=63.9mm。6.1.3 計算彈簧圈數(shù)選取K1=9N/mm，K2=11N/mm，則（梳狀六根），（梳狀五根）。6.2 驗(yàn)算平衡力1上平臺加載1.4t,從中間位置上升150。 X1= X2X2X2 實(shí)際抵消2上平臺加載1.4t,從中間位置下降150。 X1= X2X2= 實(shí)際抵消3平衡機(jī)上平臺處于中間位置加載1.4t，右端上仰20。 X1= X2= 實(shí)際抵消4平衡機(jī)上平臺處于中間位置加載1.4t，右端向上傾側(cè)20。 X1= 實(shí)際抵消 結(jié) 論本次的畢業(yè)設(shè)計歷時3個月左右。在這一段時間里，作者所做的具體工作如下：1 對并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行了解和學(xué)習(xí)，對前人所研究的成果有所了解；2 對已有的3-RPS并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行分析，并據(jù)此找到一種特別的帶平衡裝置的3-RPS并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)；3 對此種并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行自由度計算，結(jié)構(gòu)分析；4 對此種并聯(lián)機(jī)器人裝置的升降、回轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行分析計算，確定具體尺寸；5 研究此種并聯(lián)機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)，探討其選擇、計算方案、安裝位置，得出具體的尺寸數(shù)值；6 選擇合適的彈簧，驗(yàn)證平衡曲線。當(dāng)然，作者在本次畢業(yè)設(shè)計中所研究，所探討的都是一些很淺顯得問題，存在很多錯誤和不足，希望在以后的學(xué)習(xí)中能得到更深刻的理解。致 謝在論文完成之際，我要對關(guān)心、支持和鼓勵我的老師、同學(xué)、朋友和親人表示最誠摯的感謝。首先，衷心感謝我的指導(dǎo)老師侯海云，本文是在侯老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。侯老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和忘我的工作精神對我產(chǎn)生了深刻的影響。其次，我還要感謝鄒建榮，石劍峰，顧蓉蓉，許麗嬌等老師在論文書寫的過程中給予我的支持和幫助。最后，感謝支持我的父母，他們吃苦耐勞的品質(zhì)是我取之不竭的精神動力。特別是我的家人多年來給予我的關(guān)心和幫助，是他們的支持才能讓我順利的走完大學(xué)之路。參 考 文 獻(xiàn)1. 鄧星鐘，周祖德，鄧堅. 機(jī)電傳動控制. 華中理工大學(xué)出版社； 2. 黃真，孔令富，方躍法. 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及控制. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997；3. 吳秉賢，嚴(yán)世澤，龔龍興. 火箭發(fā)射裝置機(jī)構(gòu)分析. 國防工業(yè)出版社，1988.7；4. 賀北斗，林永明，曹聽榮. 火箭發(fā)射裝置設(shè)計. 國防工業(yè)出版社，1988.7；5. 華東工程學(xué)院102教研室. 火箭發(fā)射裝置設(shè)計，1978；6. 范元勛. 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)；7. 華為實(shí). 一種3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計，2000.09；8. 王靖軍，賀信鵬. 火炮概論；9. 黃真， 李秦川. 少自由度并聯(lián)機(jī)器人的綜合原理，2003.09；10. 吳宗澤. 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計. 機(jī)械工業(yè)出版社，1988；11. 方子良. 機(jī)械制造基礎(chǔ). 上海交通大學(xué)出版社；12. 高峰，王立平，劉辛軍. 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)新機(jī)構(gòu)的探討，2001.12；13. 華恭，伊玲益. 炮架設(shè)計，1982.10；14. 張曙，U.Heisel. 并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.4；15. 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研組編. 機(jī)械設(shè)計. 人民教育出版社，1979.116. 張英會，羅圣國，郭榮生等. 彈簧. 機(jī)械工業(yè)出版社。編號無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）相關(guān)資料題目： 六自由度液壓運(yùn)動平臺的自動控制 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化專業(yè)學(xué) 號： 0923280 學(xué)生姓名： 賴?yán)ら?指導(dǎo)教師： 龔常洪 （職稱：副教授） （職稱： ）2013年5月25日目 錄一、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告二、畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯及原文三、學(xué)生“畢業(yè)論文（論文）計劃、進(jìn)度、檢查及落實(shí)表”四、實(shí)習(xí)鑒定表無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目： 六自由度液壓運(yùn)動平臺的自動控制 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè)學(xué) 號： 0923280 學(xué)生姓名： 賴?yán)ら?指導(dǎo)教師： 龔常洪 （職稱：副教授） （職稱： ）2012年11月25日課題來源 六自由度平臺的研制科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等）（1）課題科學(xué)意義六自由度運(yùn)動平臺是由六支油缸，上、下各六只萬向鉸鏈和上、下兩個平臺組成，下平臺固定在基礎(chǔ)上，借助六只油缸的伸縮運(yùn)動，完成上平臺在空間六個自由度（X，Y，Z，）的運(yùn)動，從而可以模擬出各種空間運(yùn)動姿態(tài)，可廣泛應(yīng)用到各種訓(xùn)練模擬器如飛行模擬器、艦艇模擬器、海軍直升機(jī)起降模擬平臺、坦克模擬器、汽車駕駛模擬器、火車駕駛模擬器、地震模擬器以及動感電影、娛樂設(shè)備等領(lǐng)域，甚至可用到空間宇宙飛船的對接，空中加油機(jī)的加油對接中。在加工業(yè)可制成六軸聯(lián)動機(jī)床、靈巧機(jī)器人等。由于六自由度運(yùn)動平臺的研制，涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、計算機(jī)、傳感器，空間運(yùn)動數(shù)學(xué)模型、實(shí)時信號傳輸處理、圖形顯示、動態(tài)仿真等等一系列高科技領(lǐng)域，因而六自由度運(yùn)動平臺的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領(lǐng)域水平的標(biāo)志性象征。（2）六自由度運(yùn)動平臺的研究狀況及其發(fā)展前景目前世界上研制大型六自由度平臺的國家較多,主要有加拿大、美國、英國、法國、德國、日本、俄羅斯、荷蘭等國，大多用于飛機(jī)（包括戰(zhàn)斗機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和民航客機(jī)）模擬飛行訓(xùn)練，在艦船、裝甲車輛、自行火炮等方面也有一些應(yīng)用。近幾年來，六自由度平臺系統(tǒng)也被應(yīng)用到工業(yè)甚至娛樂場所。隨著6-DOF并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究的深入,對于自由度少于六的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)(稱為少自由度機(jī)構(gòu)),也引起許多學(xué)者的注意，國外的專家學(xué)者們也對其進(jìn)行了研究改進(jìn)。而國外也已研制出虛擬軸機(jī)床。我國并聯(lián)機(jī)器人出現(xiàn)的較晚,起先出現(xiàn)在引進(jìn)的6-DOF飛行模擬器上。近幾年來我國的一些高等院校和科研院所也相繼投入人力物力。在微動器或稱作微動機(jī)構(gòu)研究方面,也取得了不小的發(fā)展。但在運(yùn)動模擬器的相關(guān)技術(shù)方面，與國外還存在較大距離。由于六自由度運(yùn)動平臺的應(yīng)用廣泛，未來還將不斷地往數(shù)字化和微動作方面改進(jìn)發(fā)展。研究內(nèi)容（1）了解國內(nèi)外多自由度運(yùn)動平臺的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，了解近十幾年平臺的數(shù)字虛擬化發(fā)展。（2）查閱六自由度運(yùn)動平臺的相關(guān)圖形，熟悉其結(jié)構(gòu)，和相關(guān)液壓伺服系統(tǒng)并能對其進(jìn)行設(shè)計。 （3）掌握相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立和使用。（4）掌握PID控制方式，并了解如何使用以提高系統(tǒng)的運(yùn)動性能。（5）掌握虛擬樣機(jī)技術(shù)，并能用其對剛體進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方面的仿真。擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析（1）實(shí)驗(yàn)方案建立液壓控制系統(tǒng)的模型，使用常規(guī)的PID控制方式和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方式對其進(jìn)行模擬仿真，比較優(yōu)劣；運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，對運(yùn)動平臺進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的模擬仿真。（2）研究方法（1）在常規(guī)的PID控制方式下，對運(yùn)動平臺進(jìn)行仿真研究。（2）在基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方式下，對運(yùn)動平臺進(jìn)行仿真研究。（3）利用三維軟件畫出六自由度運(yùn)動平臺的實(shí)物圖，設(shè)定參數(shù)，使用軟件對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的仿真。研究計劃及預(yù)期成果研究計劃：2012年11月12日-2012年12月2日：按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告書。2012年12月3日-2013年3月1日：接受專業(yè)實(shí)訓(xùn)，完成畢業(yè)實(shí)習(xí)報告。2013年3月4日-2013年3月15日：查閱并翻譯與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的英文材料。2013年3月18日-2013年4月12日：確定總體方案，設(shè)計運(yùn)動平臺的相關(guān)尺寸。2013年4月15日-2013年5月10日：繪制運(yùn)動平臺相關(guān)工程圖并對平臺進(jìn)行模擬。2013年5月13日-2013年5月25日：畢業(yè)論文撰寫和修改工作。預(yù)期成果： 達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：與常規(guī)的PID控制方式相比，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方式控制的曲線超調(diào)量小、調(diào)整時間短，穩(wěn)態(tài)誤差小。由此說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對電液伺服這類高階、非線性、動特性隨負(fù)載變化很大的系統(tǒng)就很好的實(shí)時控制能力。特色或創(chuàng)新之處（1）合理運(yùn)用計算機(jī)進(jìn)行幫忙，減輕了某些負(fù)擔(dān)，也提高了效率。（2）采用對比的方法來研究問題，思路清晰，簡單明了，行之有效。已具備的條件和尚需解決的問題（1）可以輕松的實(shí)用軟件對平臺進(jìn)行模擬仿真。（2）液壓系統(tǒng)的振動和噪聲有待進(jìn)一步降低。指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名：年 月 日教研室（學(xué)科組、研究所）意見教研室主任簽名： 年 月 日系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日外文資料Closed-Form Direct Kinematics Solution of a New Parallel MinimanipulatorIn recent years,many researchers have shown a great deal of interest in studying parallel manipulators.Such mechanisms are most suitable for applications in which the requirements for accuracy,rigidity,load-to-weight ratio,and load distribution are more important thanthe need for a large workspace.The famous Stewart platform(Stewart,1965) is probably the first six-degree-of-freedom(six-DOF) parallel mechanism which has been studied in the literature.It consists of a moving platform and a base which are connected by means of six independent limbs.Many researchers have considered the Stewart platform as a robot manipulator(e.g.,Fichter and MacDowell,1980;Hunt,1983;Yang and Lee,1984;Fichter,1986).Other types of six-DOF parallel manipulators have been introduced and studied in literature(e.g.,Kohli et al.,1988;Hudgens and Tesar,1988;Tsai and Tahmasebi,1991a).Waldron and Hunt(1987)demonstrated that kinematic behavior of parallel mechanisms has many inverse characteristics to that of serial mechanisms.For example,direct kinematics of a parallel manipulator is much more difficult than its inverse kinematics;whereas,for a serial manipulator,the opposite is true.Dieudonne et al.(1972)applied Newton-Raphsons method to solve direct kinematics of a motion simulator identical to the Stewart platform.Behi(1988) used a similar technique to numerically solve the direct kinematics problem of a parallel mechanism similar to the Stewart platform.Griffis and Duffy(1989)as well as Nanua et al.(1990)studied direct kinematics of special cases of Stewart platform,in which pairs of spherical joints are concentric on either the platform or both the base and the platform.They were able to reduce the problem to an eighth-degree polynomial in the square of a single variable(total degree of sixteen).However,as mentioned by Griffis and Duffy(1989),pairs of concentric spherical joints may very well present design problems.Lin et al.(1990)solved direct kinematics of anther class of Stewart platforms,in which there are two concentric spherical joints on the base and two more concentric spherical joints on the platform.The latter class of Stewart platforms suffer form lack of symmetry and concentric spherical joints are still needed in their construction.Other researcher have also been able to obtain closed-form solutions for other special forms of the Stewart platform(e.g.,Innocenti and Parenti-Castelli,1990;Parenti-Castelli and Innocenti,1990).It is worth mentioning that,to the best of our knowledge,no one has ye been able to obtain a closed-form direct kinematics solution for the general Stewart platform with six independent limbs.Recently,Raghavan(1991)used a numerical technique known as polynomial continuation to show that there are forty solutions for the direct kinematics of the Stewart platform of general geometry.Murthy and Waldron(1990a,1990b)have been able to relate the direct kinematics of some parallel mechanisms to the inverse kinematics of their serial dual mechanisms.In this paper,closed-form direct kinematic solution for a six-DOF parallel minimanipulator is presented.The minimanipulator is one of the high-stiffness and high-resolution mechanisms introduced by Tsai and Tahmasebi(1991a,1991b)for fine position and force control in a hybrid serial-parallel manipulator system,It will be shown that direct kinematics of the minimanipulator involves solving an eighth-degree polynomial in the square of a single variable.Let subscript i in this section and the rest of this work represent numbers 1, 2, and 3 in a cyclic manner. The minimanipulator contains three inextensible limbs,PiRi. The lower end of each limb is connected to a simplified five-bar linkage driver and can be moved freely on the base plate. The desired minimanipulator motion is obtained by moving the lower ends of its three limbs on its base plate. Two-DOF universal joints connect the limbs to the moving platform. The lower ends of the limbs are connected to the drivers through three more universal joints. Note that one of the axes of the upper universal joint is collinear with the limb, while the other axis of the upper universal joint as well as one of the axes of the lower universal joint are always perpendicular to the limb. This arrangement is kinematically equivalent to a limb with a spherical joint at its lower end and a revolute joint at its upper end. Point Ci is the output point of a driver. At point Di, there is an actuator on each side of the base plate to drive links DiAi and DiBi. The simplified five-bar drivers are completely symmetric. As a result, coordination between actuator rotations can be easily accomplished. Namely,angular displacement of an output point Ci is obtained by equal actuator rotations, and its radial displacement is obtained by equal and opposite actuator rotations.Simplified five-bar linkages and inextensible limbs are used to improve positional resolution and stiffness of the minimanipulator. Since the minimanipulator actuators are base mounted; higher payload capacity, smaller actuator sizes, and lower power dissipation can be obtained. In addition, to achieve even load distribution, the minimanipulator is made completely symmetric.The equivalent limb configuration will be used for analysis, because the spherical-and-revolute limb is easier to analyze than the universal-and-universal limb. The lower ends of the limbs are connected to two-DOF drivers. The upper end of the limbs are connected to the platform through revolute joints. Note that the joint axes at points are parallel to lines.Let us define the fixed base reference frame and the moving platform reference frame in detail. The origin of the base reference frame is placed at the centroid of triangle DiDZD3 .The positive X-axis is parallel to and points in the direction of vector DZD3. The positive Y-axis points from point 0 to point Dl.The Z-axis is defined by the right-hand-rule. Similarly, the origin of the platform reference frame is placed at the centroid of triangle P1PZP3. The positive U-axis is parallel to and points in the direction of vector PZP3. The positive V-axis points from point 0 to point P1. The W-axis is defined by the right-hand-rule. To keep the minimanipulator symmetric, both triangles D1DZD3 and P1PZP3 are made equilateral.In this paper, closed-form solution for direct kinematics of a new three-limbed six-degree-of-freedom minimanipulator is presented. It is shown that the for direct kinematics of the minimanipulator is sixteen. To maximum number of solutions obtain these solutions, only an eighth-degree polynomial in the square of a single variable has to be solved. It is also proved that the sixteen solutions are eight pairs of reflected configurations with respect to the plane passing through the lower ends of the three limbs. The results of a numerical example are verified by an inverse kinematics analysis.This research was supported in part by the NSF Engineering Research Center program, NSFD CDR 8803012. The first author gratefully acknowledges the support of NASA/Goddard Space Flight Center. Such supports do not constitute endorsements of the views expressed in the paper by the supporting agencies.Workspace analysis and optimal design of a 3-leg 6-DOF parallel platform mechanismA new class of six-degree-of-freedom (DOFs) spatial parallel platform mechanism is considered in this paper. The architecture consists of a mobile platform connected to the base by three identical kinematic chains using five-bar linkages. Recent investigations showed that parallel mechanisms with such a topology for the legs can be efficiently statically balanced using only light elastic elements. This paper follows up with a workspace analysis and optimization of the design of that parallel mechanism. More specifically, considering a possible industrial application of the architecture as a positioning and orienting device of heavy loads, an optimization procedure for the maximization of the volume of the three-dimensional (3-D) constant-orientation workspace of the mechanism is first presented. As the mechanism could also have great potential as a motion base for flight simulators, we develop here a discretization method for the computation and graphical representation of a new workspace with coupled translational and rotational DOFs. This workspace can be defined as the 3-D space which can be obtained when generalized coordinates x,y and torsion angle in the tilt-and-torsion angles parametrization are constant. A second procedure is then presented for the maximization of the volume of this second subset of the complete workspace. For both approaches, our purpose is to attempt an optimal design of the mechanism by maximizing the volume of the associated 3-D Cartesian region that is free of critical singularity loci.Determination of the wrench-closure workspace of 6-DOF parallel cable-driven mechanismsA parallel cable-driven mechanism consists essentially of a mobile platform connected in parallel to a base by light weight links such as cables.the control of length of the cables allows the control of the pose of the platform.For instance,a mechanism driven by eight cables is shown in Fig.1.Parallel cable-driven mechanisms have several advantages over conventional rigid-link mechanisms(Barrette and Gosselin,2005,Merlet,2004,Roberts et al.,1998).The mass and inertia of the moving part is reduced and they are less expensive.Moreover,parallel cable-driven mechanisms are easier to build,transport and reconfigure and they have the possibility of working in a very large space.Consequently,parallel cable-driven mechanisms have been used in several applications such as ,for instance,robotic cranes(Dagalakis et al.,1989),high speed manipulation(Kawamura et al.,2000),active suspension devices(Lafourcade,2004)and virtual reality(Merlet,2004).This paper deals with the determination of the workspace of six-DOF parallel cable-driven mechanisms.This workspace may be limited by the total length of each cable,by the interferences between the cables and between the cables and the mobile platform and by the unidirectional nature of the forces applied by the cables on the mobile platform.The limitations due to the total lengths of the cables can be determined by means of algorithms presented in(Gosselin,1990)and in(Merlet,1999).However,the workspace will usually not be limited by the total lengths of the cables since large total lengths can generally be used.For a constant orientation of the mobile platform,the problem of the influence on the workspace of the cables interferences is addressed in(Merlet,2004).The third limitation which is due to the unidirectional nature of the forces applied by the cables on the platform has been studied mainly in the case of planar parallel cable-driven mechanisms in(Barrette and Gosselin,2005,Fattah and Agrawal,2005,Gallina and Rosati,2002,Gouttefade Gosselin,2006,Roberts et al.,1998,Stump and Kumar,2004,Verhoeven and Hiller,2000,Verhoeven,2004,Williams et al.,2003).中文翻譯新的封閉式并聯(lián)迷你機(jī)器人的直接運(yùn)動學(xué)正解近年來，許多研究人員已經(jīng)對并聯(lián)式迷你機(jī)器人表現(xiàn)出了極大的興趣。這種結(jié)構(gòu)在精度、剛度、載荷重量比和載荷分布方面比那些所占空間更大的更適合。著名的斯圖爾特平臺（斯圖爾特，1965）可能是第一個已經(jīng)記錄在文獻(xiàn)中的六自由度（六度）并聯(lián)機(jī)構(gòu)。它是由六個獨(dú)立的肢體將一個移動平臺和一個地基連接而成。許多研究者認(rèn)為斯圖爾特平臺可以當(dāng)作一個機(jī)器人機(jī)械臂（例如，菲克特麥克道威爾，1980年，亨特，1983年，楊振寧與李政道，1984年，菲克特，1986）。其他類型的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已在文獻(xiàn)中被引入和研究（例如，Kohli等人，1988；哈金斯和特薩，1988；蔡和塔瑪塞比，1991a）。沃爾德倫和狩獵（1987）表明，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)行為有許多逆特性，串行機(jī)制。例如，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的直接運(yùn)動學(xué)比它的逆運(yùn)動學(xué)困難得多，而對于串行機(jī)械臂，事實(shí)正好相反。迪厄多內(nèi)等人。（1972）應(yīng)用牛頓-拉夫遜方法解決同一個的運(yùn)動模擬器的斯圖爾特平臺運(yùn)動學(xué)正解。后（1988）采用了類似的技術(shù)來對一個類似斯圖爾特平臺的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行直接運(yùn)動學(xué)數(shù)值求解。格里菲斯和Duffy（1989）以及Nanua等人（1990）研究了斯圖爾特平臺的特殊情況下，在其中對球形接頭的基極和平臺的平臺或同心的正運(yùn)動學(xué)。他們能夠減少在一個單變量的平方第八度多項(xiàng)式（共十六度）的問題。然而，由格里菲斯和杜菲所提到的（1989），同心球節(jié)點(diǎn)對很可能存在設(shè)計問題。林等人（1990）解決了另一類的斯圖爾特平臺直接運(yùn)動學(xué)問題，其中有兩個同心球節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，和兩個同心球節(jié)點(diǎn)平臺。后一種斯圖爾特平臺受對稱和同心球接頭形式缺乏仍需要建設(shè)。其他的研究人員也能獲得斯圖爾特平臺的其他特殊形式的封閉形式的解決方案（例如，因諾琴蒂帕倫蒂卡斯泰利，1990;帕倫蒂卡斯泰利和因諾琴蒂，1990）。值得一提的是，據(jù)我們所知，還沒有人就能夠得到一個封閉的形式的有六個獨(dú)立的肢體的廣義斯圖爾特平臺的直接運(yùn)動學(xué)解決方案。最近，拉加萬（1991年）采用了數(shù)字技術(shù)，被稱為多項(xiàng)式延續(xù)表明，有40解決方案的直接斯圖爾特平臺運(yùn)動學(xué)的一般幾何。穆爾蒂和沃爾德倫（1990a，1990b）已經(jīng)能夠涉及一些并聯(lián)機(jī)構(gòu)直接運(yùn)動學(xué)的串行雙機(jī)制的逆運(yùn)動學(xué)。在本文中，封閉式六自由度并聯(lián)迷你機(jī)器人的直接運(yùn)動學(xué)現(xiàn)在已解決了。該迷你機(jī)器人是一種高剛度和高分辨率的機(jī)構(gòu)由仔與塔瑪塞比介紹（1991a，1991b）在混合串并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)良的位置和力控制，它將會顯示的迷你機(jī)器人直接運(yùn)動學(xué)解決在一個單一的變量的第八次多項(xiàng)式的平方。這段下標(biāo)和這項(xiàng)工作的其他代表數(shù)字1，2，和3個循環(huán)的方式。該迷你機(jī)器人包含三個不可伸長的四肢，皮里。每個肢體下端連接一個簡化的五桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動，可在基板上自由移動。迷你機(jī)器人所需的運(yùn)動是由其基板移動的三肢下端得到。兩個自由度的萬向節(jié)連接四肢的運(yùn)動平臺。四肢的下端通過三個萬向節(jié)連接到驅(qū)動程序。請注意，一個上部萬向節(jié)軸與肢體共線，而上部萬向節(jié)軸等以及一個較低的萬向節(jié)軸始終垂直于肢體。這樣的安排是運(yùn)動學(xué)等效與在其下端球形接頭和旋轉(zhuǎn)在其上端連接一個肢體。點(diǎn)是一個驅(qū)動器的輸出點(diǎn)。在點(diǎn)二，在底板各邊執(zhí)行驅(qū)動鏈接的轉(zhuǎn)動和迪比。簡化的五條司機(jī)是完全對稱的。作為一個結(jié)果，致動器的旋轉(zhuǎn)之間的協(xié)調(diào)，可以很容易地完成。即，一個輸出點(diǎn)的角位移的致動器詞等旋轉(zhuǎn)得到的，其徑向位移是由大小相等、方向相反的致動器的旋轉(zhuǎn)得到的。簡化的迷你機(jī)器人的五桿機(jī)構(gòu)和不可伸長的四肢是用來提高位置精度和剛度的。由于迷你機(jī)器人的致動器是底座安裝；高載荷能力，小尺寸和低功耗的致動器，可以得到。此外，達(dá)到均勻的負(fù)荷分布，迷你機(jī)器人是完全對稱的。等效的肢體配置將用于分析，由于球面和旋轉(zhuǎn)翼比通用和通用的肢體容易分析。四肢的下端連接到兩個自由度的驅(qū)動程序。四肢的上端通過旋轉(zhuǎn)接頭連接到平臺。請注意，在分接頭的軸線是平行線。我們詳細(xì)的定義固定的基礎(chǔ)參考幀和參考幀的移動平臺。該基地的參考框架原點(diǎn)位于三角didzd3質(zhì)心。x正軸平行的向量和點(diǎn)dzd3方向。從點(diǎn)0到點(diǎn)DL y軸正向點(diǎn)。Z軸是由右手法則定義。同樣，該平臺的參考框架原點(diǎn)位于三角p1pzp3質(zhì)心。正是平行和點(diǎn)的方向矢量卵透明帶。從0點(diǎn)到點(diǎn)P1正軸點(diǎn)。W是由右手法則定義。保持迷你機(jī)器人對稱，兩個三角形是等邊d1dzd3和p1pzp3。在本文中，為一個新的封閉形式三肢六自由度迷你機(jī)器人直接運(yùn)動學(xué)提出了解法，。結(jié)果表明，對迷你機(jī)器人直接運(yùn)動學(xué)有十六項(xiàng)。解決方案的最大數(shù)目獲得這些解決方案，只有一個第八度的多項(xiàng)式在一個單變量的平方是要解決。這也證明了十六個解決方案是八對反映結(jié)構(gòu)相對于平面穿過的三肢下端。數(shù)值算例的結(jié)果是由一個逆運(yùn)動學(xué)分析驗(yàn)證。支持這項(xiàng)研究部分由美國國家科學(xué)基金會工程研究中心項(xiàng)目，NSFD CDR 8803012。第一作者感謝美國宇航局/哥達(dá)德太空飛行中心的支持。這種支持不構(gòu)成支持文中支撐機(jī)構(gòu)表達(dá)的觀點(diǎn)。一個三腿并聯(lián)六自由度平臺機(jī)構(gòu)的工作空間分析及優(yōu)化設(shè)計在本文中被認(rèn)為是一類新的六度自由（自由度）空間并聯(lián)平臺機(jī)構(gòu)。該架構(gòu)由一個移動平臺連接到基座由三個相同的五連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈。最近的研究表明，這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為腿的并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以有效地靜平衡只使用光彈性元件。本文提出了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間分析及優(yōu)化設(shè)計。更具體地說，考慮到可能的工業(yè)應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)作為定位和定向裝置的沉重的負(fù)荷，對三維體積最大化的優(yōu)化程序（三維）的機(jī)制不變的方位空間了。作為機(jī)構(gòu)也可以有很大的潛力，作為運(yùn)動基地的飛行模擬器，我們在這里開發(fā)的計算和平移和轉(zhuǎn)動自由度耦合的一個新的工作空間的圖形表示的離散化方法。此工作區(qū)可以被定義為三維空間時可以得到廣義坐標(biāo)x，在傾斜和扭轉(zhuǎn)角度參數(shù)y和扭轉(zhuǎn)角的不變。然后第二個程序?qū)υ摰诙蛹耐暾墓ぷ骺臻g體積最大化。對于這兩種方法中，我們的目的是通過最大化的相關(guān)的3-D直角區(qū)域，自由體積的臨界奇異性位點(diǎn)的嘗試機(jī)制的優(yōu)化設(shè)計。六自由度并行電纜驅(qū)動機(jī)制的扳手關(guān)閉工作區(qū)的測定一個并行電纜驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要包括并聯(lián)連接到由輕到重鏈接如電纜的電纜長度控制允許平臺的姿態(tài)控制底座移動平臺。并行電纜驅(qū)動機(jī)構(gòu)有幾個優(yōu)點(diǎn)超過傳統(tǒng)的剛性連接的機(jī)構(gòu)（Barrette，戈斯林，2005，墨赫萊，2004，羅伯茨等人，1998）。運(yùn)動部件的質(zhì)量和慣性的減小使得它們更便宜。此外，并行電纜驅(qū)動機(jī)構(gòu)更容易建立，運(yùn)輸和重新配置，他們有可能工作在一個非常大的空間。因此，并行電纜驅(qū)動機(jī)構(gòu)已被使用，例如在一些應(yīng)用中，例如，機(jī)器人起重機(jī)（Dagalakis，等人，1989），高速操作（河村等人，2000），主動懸架裝置（拉富爾卡德，2004年）和虛擬現(xiàn)實(shí)（墨赫萊，2004年）。本文論述了確定的六自由度工作空間并聯(lián)柔索驅(qū)動機(jī)構(gòu)。此工作區(qū)的每根電纜的總長度可能是有限的，之間的電纜連接和電纜之間的移動平臺和移動平臺上的電纜所施加的力，由單向性的干擾。由于電纜的總長度的限制，可以通過算法確定（戈斯林，1990）和（墨赫萊，1999）。然而，工作區(qū)通常不受電纜的總長度影響，從大的總長度一般都可以用。對移動平臺一個恒定的方向，對斜拉索的空間干擾的影響問題已經(jīng)解決（墨赫萊，2004）。第三個限制是由于施加的力，由電纜平臺上的單向性主要是平面并行電纜驅(qū)動機(jī)制的案例研究（Barrette，和戈斯林，2005，法塔赫和Agrawal，2005，蓋琳娜和羅薩蒂，2002，茍?zhí)匕l(fā)德和戈斯林，2006，羅伯茨等人，1998，斯頓普和庫馬爾，2004，范霍文和希勒偉，2000，范霍文，2004，威廉姆斯等人，2003）。