含3-RPS和3-SPR机构的混联机构末端平台自由度及工作空间分析

混联机构结合了串联机构和并联机构两种机构的优点,其工作空间大、结构紧凑、动态响应特性好、易于实现高速运动,在航空航天、医疗器械以及数控机床等方面具有广阔的应用前景。本文以一类含有3-RPS和3-SPR机构的混联机构为课题的研究对象,通过对其所受约束螺旋的分析,探讨了此类机构的自由度问题,对此类机构的研究和应用具有重要的意义。本文主要内容如下:首先,介绍了含有3-RPS和3-SPR机构的双层式混联机构,基于螺旋理论和螺旋系阶数定理,得出了此类机构自由度数目的求解方法。并通过不同方法对线性空间交集问题进行了探讨,得出了双层式混联机构的约束条件,然后通过对约束螺旋求逆螺旋分析了(3-SPR)+(3-RPS)机构和(3-RPS)+(3-SPR)机构的自由度,最后给出了(3-SPR)+(3-RPS)机构的数值算例来验证线性约束螺旋系求交结果的正确性。其次,介绍了含有3-RPS和3-SPR机构的复合式混联机构,利用对(3-SPR)+(3-RPS)和(3-RPS)+(3-SPR)机构约束条件的研究结果,分析了7个复合式混联机构的自由度数目和性质,并且分析了2((3-SPR)+(3-RPS))机构和3((3-SPR)+(3-RPS))机构实现确定运动所需的输入数目,给出了这两种复合式混联机构的合理输入方案。最后,利用Visual Basic语言结合CAD软件二次开发技术建立了适用于多层式混联机构工作空间的求解系统,得到的工作空间求解系统适用于直线驱动、角度驱动以及混合驱动方式的多层式混联机构,给出了工作空间求解系统的具体使用步骤,并结合实例验证了此系统的可行性。