三自由度并联机构的机械部件设计【字数：11827】
三自由度并联机构和传统的串联机构相比，因具有较好的刚度、承载能力强、无累计误差、灵活多变等特点，被广泛地应用于工业生产、机器人、航天航空、机械制造等领域。结合并联机构的背景和发展状况，本文主要从以下几部分内容展开研究通过对三自由度并联机构的结构和原理的阐述，进而对三自由度并联机构的空间位置进行分析；首先在电机部分设计一个控制系统，然后对三自由度并联机构进行受力分析以及零部件的选型；对并联机构的零件进行设计及建模；最后对建好的三维模型进行动画模拟。通过以上的研究内容，最终设计出一个可装夹手持式刻字机、能在非金属材料上进行模拟加工的三自由度并联机构。
目录
第一章 绪论 1
1.1 选题的依据及意义 1
1.2 国内外研究概况及发展趋势 1
1.3 本章小结 3
第二章 三自由度并联机构分析 4
2.1三自由度并联机构概述 4
2.2三自由度并联机构分析 5
2.2.1 自由度分析 5
2.2.2 位置分析 6
2.3 电机控制系统结构及原理 9
2.4 本章小结 10
第三章 三自由度并联机构的关键部件选型 11
3.1受力分析 11
3.1.1 各零部件重量的确定 11
3.1.2 受力分析 11
3.2减速机选型 12
3.2.1减速机外形选择 12
3.2.2.减速机的输出形式 13
3.2.3减速机的减速比选择 14
3.2.4确定伺服电机的具体参数 15
3.2.5球窝接头的选型 16
3.4刻字机的选型 17
3.4.1 刻字机型号的选用 17
3.4.2 刻字机的相关参数 17
3.3 本章小结 18
第四章 三自由度并联机构设计及建模 19
4.1引言 19
4.2机构设计及建模 19
4.2.1主动臂的设计及建模 19
4.2.2从动臂的设计及建模 22
4.2.3静平台的设计及建模 24
4.2.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
动平台设计及建模 25
4.3本章小结 27
第五章 动画模拟 28
5.1机构所处的不同位置 28
5.1.1 动平台处于最高位置 28
5.1.2 动平台处于最低位置 29
5.1.3 动平台处于中间某一时刻位置 30
5.2本章小结 30
第六章 总结与展望 32
第一章 绪论
1.1 选题的依据及意义
并联机构是近几十年来机构学领域和机器人领域研究和关注的重点。并联机构和传统串联机构相比起来，并联机构一般定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构，而串联机构则是由若干个单自由度的基本机构顺序联接而成的组合。也正因为如此，并联机构拥有高刚度、高载荷、无误差累计、灵活方便等特点。在自由度方面，现在常见的多自由度并联机构有：三自由度并联机构、四自由度并联机构、六自由度并联机构等等，由于三自由度并联机构的结构相比其他自由度并联机构更简单，并且其三个自由度所决定的三个运动方向给机构本身带来的运动基本能满足大多数生产需求，所以现在三自由度并联机构在多自由度并联机构中应用得还是较为广泛。同时，现在整个并联机构已经基本代替了原有的串联机构而广泛地运用在我们的生产生活中。因此，对并联机构进行更深入的研究是21世纪更重要、更主流的一项工作。如果我们能通过对并联机构的研究和设计将并联机构的优点与现有的一些技术和产品相结合起来，那么或许我们就能产生新的突破，就能研发出满足更多需求和更多功能的产品，这无疑能为人们的生活带来更多的方便与快捷，同时还能为并联机构后续的发展奠定一定的基础。所以，在此基础下，在本次毕业设计的所有课题中我果断选择了这个课题来进行研究，其目的不仅仅是想提升自己的设计能力，而是想真正的投入到并联机构的研究中去。在我看来，三自由度并联机构不仅仅是一个很有意思很实用的结构，它未来的发展前景也是特别的广阔，因为它的拓展性和功能性非常强，有很大的几率成为新时代机械加工的主力武器，所以本次所选的毕业设计的课题还是蛮有意义的。
1.2 国内外研究概况及发展趋势
并联机构的起源可以追溯到二十世纪初期，并联结构的变化大致可以分为从单杆到多杆，由平面转化为空间，由串联衍生出并联这三个部分。最开始人们并不知道什么是并联机构，也不知道并联结构有什么作用。直到1934年，并联机构这一构想开始涌现出来，而这个构想是由一位名叫Polladr的高级工程师提出来的，这一构想就是把并联机构用到汽车装置上面，作为一种汽车喷漆装置。在这之后，人们就开始对并联机构进行慢慢的研究了。然后到了二十世纪中期，一位英国高级工程师Stewart在实验里研究出了一种六自由度并联机构，他当时就在工程学术会上发表了一篇文章《A Platform with Six Degrees Of Freedom》，他在这篇文章里提出：他研究出的这种六自由度并联机构是用来安装在飞机上，作为一种飞行模拟器，可以供飞行员在空中进行模拟训练。他的这一发明，在当时的工程界和社会上都引起了巨大的轰动。到了二十世纪末，又有一位机构学方面的专家提到六自由度并联机构，而他是把六自由度并联机构与机器人相结合，对并联机器人展开的研究，就在当时他就给出了多种并联机器人结构方案。由此就慢慢拉开了并联机器人的序幕，并联机构的发展开始迈入一个新的时代。从现在的发展来看，并联机构运用得最多的还是并联机器人和并联机床，并联机构的研究在这些领域里面已经是不可或缺的一部分了。从并联机构的演变过程来看，随着人们生活水平的提高、机械加工和工业生产的技术的不断改进、以及各种高科技装备的开发，对并联机构的一些结构、制造、精度、效率等方面有了更高的要求，如果并联机构的发展止步不前，将很难在市场上保持竞争力。于是，国内外对并联机构的研究与开发工作也是日益增多，并且已经取得了一些不错的成果。
例如，1994年在芝加哥国际机床博览会上，美国Injersofl铣床公司，Giddnigs&Lewsi公司和Hexal公司首次展出了称为“六足虫”（Hexpado）和“变异型”（VARIAX）的数控机床和加工中心，引起轰动。此后，英国Goedetic公司，德国Lapik公司，挪威Multicraft公司，日本丰田、日立、三菱等公司，以及各个研究单位也研制出不同结构形式的并联结构铣床、激光加工和水射流机床、坐标测量机和加工中心。美国Sandia国家实验局和国家标准局倡议，已于1996年专门成立了Hexapod用户协会，并在国际互联网上设立站点。近年来，与并联机构和并联机器人操作机有关的学术会议层出不穷，我们国内的一些高校和科研机构在这方面也作了大量深入的研究，我国已在国家“九五”科技攻关计划和“863”高技术发展计划中对并联机构的研究与开发给予支持。哈尔滨工业大学成功完成了多项大型并联机构的项目，开发的并联机构主要用于大型机械装配、深海动力学模拟等。
目录
第一章 绪论 1
1.1 选题的依据及意义 1
1.2 国内外研究概况及发展趋势 1
1.3 本章小结 3
第二章 三自由度并联机构分析 4
2.1三自由度并联机构概述 4
2.2三自由度并联机构分析 5
2.2.1 自由度分析 5
2.2.2 位置分析 6
2.3 电机控制系统结构及原理 9
2.4 本章小结 10
第三章 三自由度并联机构的关键部件选型 11
3.1受力分析 11
3.1.1 各零部件重量的确定 11
3.1.2 受力分析 11
3.2减速机选型 12
3.2.1减速机外形选择 12
3.2.2.减速机的输出形式 13
3.2.3减速机的减速比选择 14
3.2.4确定伺服电机的具体参数 15
3.2.5球窝接头的选型 16
3.4刻字机的选型 17
3.4.1 刻字机型号的选用 17
3.4.2 刻字机的相关参数 17
3.3 本章小结 18
第四章 三自由度并联机构设计及建模 19
4.1引言 19
4.2机构设计及建模 19
4.2.1主动臂的设计及建模 19
4.2.2从动臂的设计及建模 22
4.2.3静平台的设计及建模 24
4.2.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
动平台设计及建模 25
4.3本章小结 27
第五章 动画模拟 28
5.1机构所处的不同位置 28
5.1.1 动平台处于最高位置 28
5.1.2 动平台处于最低位置 29
5.1.3 动平台处于中间某一时刻位置 30
5.2本章小结 30
第六章 总结与展望 32
第一章 绪论
1.1 选题的依据及意义
并联机构是近几十年来机构学领域和机器人领域研究和关注的重点。并联机构和传统串联机构相比起来，并联机构一般定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构，而串联机构则是由若干个单自由度的基本机构顺序联接而成的组合。也正因为如此，并联机构拥有高刚度、高载荷、无误差累计、灵活方便等特点。在自由度方面，现在常见的多自由度并联机构有：三自由度并联机构、四自由度并联机构、六自由度并联机构等等，由于三自由度并联机构的结构相比其他自由度并联机构更简单，并且其三个自由度所决定的三个运动方向给机构本身带来的运动基本能满足大多数生产需求，所以现在三自由度并联机构在多自由度并联机构中应用得还是较为广泛。同时，现在整个并联机构已经基本代替了原有的串联机构而广泛地运用在我们的生产生活中。因此，对并联机构进行更深入的研究是21世纪更重要、更主流的一项工作。如果我们能通过对并联机构的研究和设计将并联机构的优点与现有的一些技术和产品相结合起来，那么或许我们就能产生新的突破，就能研发出满足更多需求和更多功能的产品，这无疑能为人们的生活带来更多的方便与快捷，同时还能为并联机构后续的发展奠定一定的基础。所以，在此基础下，在本次毕业设计的所有课题中我果断选择了这个课题来进行研究，其目的不仅仅是想提升自己的设计能力，而是想真正的投入到并联机构的研究中去。在我看来，三自由度并联机构不仅仅是一个很有意思很实用的结构，它未来的发展前景也是特别的广阔，因为它的拓展性和功能性非常强，有很大的几率成为新时代机械加工的主力武器，所以本次所选的毕业设计的课题还是蛮有意义的。
1.2 国内外研究概况及发展趋势
并联机构的起源可以追溯到二十世纪初期，并联结构的变化大致可以分为从单杆到多杆，由平面转化为空间，由串联衍生出并联这三个部分。最开始人们并不知道什么是并联机构，也不知道并联结构有什么作用。直到1934年，并联机构这一构想开始涌现出来，而这个构想是由一位名叫Polladr的高级工程师提出来的，这一构想就是把并联机构用到汽车装置上面，作为一种汽车喷漆装置。在这之后，人们就开始对并联机构进行慢慢的研究了。然后到了二十世纪中期，一位英国高级工程师Stewart在实验里研究出了一种六自由度并联机构，他当时就在工程学术会上发表了一篇文章《A Platform with Six Degrees Of Freedom》，他在这篇文章里提出：他研究出的这种六自由度并联机构是用来安装在飞机上，作为一种飞行模拟器，可以供飞行员在空中进行模拟训练。他的这一发明，在当时的工程界和社会上都引起了巨大的轰动。到了二十世纪末，又有一位机构学方面的专家提到六自由度并联机构，而他是把六自由度并联机构与机器人相结合，对并联机器人展开的研究，就在当时他就给出了多种并联机器人结构方案。由此就慢慢拉开了并联机器人的序幕，并联机构的发展开始迈入一个新的时代。从现在的发展来看，并联机构运用得最多的还是并联机器人和并联机床，并联机构的研究在这些领域里面已经是不可或缺的一部分了。从并联机构的演变过程来看，随着人们生活水平的提高、机械加工和工业生产的技术的不断改进、以及各种高科技装备的开发，对并联机构的一些结构、制造、精度、效率等方面有了更高的要求，如果并联机构的发展止步不前，将很难在市场上保持竞争力。于是，国内外对并联机构的研究与开发工作也是日益增多，并且已经取得了一些不错的成果。
例如，1994年在芝加哥国际机床博览会上，美国Injersofl铣床公司，Giddnigs&Lewsi公司和Hexal公司首次展出了称为“六足虫”（Hexpado）和“变异型”（VARIAX）的数控机床和加工中心，引起轰动。此后，英国Goedetic公司，德国Lapik公司，挪威Multicraft公司，日本丰田、日立、三菱等公司，以及各个研究单位也研制出不同结构形式的并联结构铣床、激光加工和水射流机床、坐标测量机和加工中心。美国Sandia国家实验局和国家标准局倡议，已于1996年专门成立了Hexapod用户协会，并在国际互联网上设立站点。近年来，与并联机构和并联机器人操作机有关的学术会议层出不穷，我们国内的一些高校和科研机构在这方面也作了大量深入的研究，我国已在国家“九五”科技攻关计划和“863”高技术发展计划中对并联机构的研究与开发给予支持。哈尔滨工业大学成功完成了多项大型并联机构的项目，开发的并联机构主要用于大型机械装配、深海动力学模拟等。
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