（图纸+论文）三自由度并联机构的平行机设计（全套完整）

活塞杆的伸缩由电动机的正反向旋转控制。

液压控制阀组合是溢流阀伺服阀液控单向阀等组成电液推杆可以根据不同的工况要求设计不同油路形式的组合阀满足其工作要求。

电液推杆分为单推单拉和推拉三种形式，调速形式有推拉调速型，推调速型，拉调速型，推拉均不调速型。

锁定形式有推拉锁定型推锁定型拉锁定型，推拉均不锁定型。

电液推杆具有如下优点结构紧凑，安装方便，占据空间小，维护简单回路中设有双向液压锁，可停在规定行程范围内的任意位置并自锁，且保持输出力不变可带负荷起动，具有过载保护装置拉力速度无级可调，驱动力范围极广因故断电，推杆自锁．避免发生事故。

但电液推杆工作过程中常有较多的能量损失摩擦损失泄露损失等，长距离传动时更是如此它对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很容易受到温度影响，因此不宜在很高或很低的温度条件工作它造价昂贵，而且对工作介质的污染比较敏感同时他出现故障时也不易找出。

这些都对电液推杆的传动质量和使用范围造成定影响。

不符合本设计的设计要求。

使用电动推杆可以较好得解决以上问题。

.电动推杆电动推杆是种动力驱动装置，其安装不受地形气候距离限制，并以其结构紧凑使用可靠节约能源安装方便维修简单等优点，而广泛用于电力机械化工冶金矿山轻工交通船舶等部门。

可完成各种物体的升降推拉平移旋转锁定门阀的开关等作业。

同时，电动推杆可通过微机控制，便捷实现自动化。

现已被越来越多的部门用它来代替机构手液坟阀减速传动机构的自动装置中。

电动推杆由电动机减速齿轮丝杆铜螺母导向管活塞杆轴承座弹簧缸筒座联结叉及限位开关选用等部件所组成。

推杆以电机为动力源，通过对或两对齿轮传动变速，带动对丝杆螺母传动副组合，把电动机的旋转运动转化为直线往复运动，利用电动机正反转完成推拉动作。

电动机的调速就是在定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。

电动机的调速是生产机械所要求的。

例如，金属切削机床，根据工件尺寸材料性质切削用量刀具特性加工精度等不同，需要选用不同的切削速度，以保证产品质量和提高生产效率电梯类或其他要求稳速运行或准确停止的生产机械，要求在启动和制动时速度要慢或停车前降低运转速度以实现准确停止。

实现生产机械的调速可以采用机械的液压的或电气的方法。

电动机的制动是与启动相对应的种工作状态，启动是从静止加速到稳定转速，而制动则是从稳定转速开始减速到停止或是限制位能负载下降速度的种运转状态。

就能量转换的观点而言，电动机有两种运转状态，即电动状态和制动状态。

电动状态是电动机最基本的工作状态，其特点是电动机所发出的转矩的方向与转速的方向相同但电动机也可工作在其发出的转矩与转速方向相反的状态，这就是电动机的制动状态。

从上述分析可知，电动机的制动状态有两种形式是在卷扬机下放重物时为限制位能负载的运动速度，电动机的转速不变，以保证重物的匀速下降，这属于稳定的制动状态。

二是降速或停车制动时，电动机的转速是变化的，则属于过渡的制动状态。

根据直流他励电动机处于制动状态时的外部条件和能量传递情况，它的制动状态分为反馈制动反接制动能耗制动三种形式。

第四章两种推杆的介绍.电液推杆电液推杆是种集机电液为体的液压驱动机械手。

它适用于需要往复推拉直线或往复旋转定角度运动也可用于需上升下降或夹紧工作物的场所，并可进行远距离高空及危险区的集中或程序控制。

已广泛应用于冶金矿山煤炭电力机械粮食水泥化工水利运输起重运输及港口机械中的阀门闸门换向倾斜摆动等的驱动和控制，是通用的动力源。

电液推杆是以液压缸为主体，电动机油箱油泵滤油器液压控制阀组合的总成。

电动机油泵液压控制阀和液压缸可装在同轴线上，也可按需要装置在不同轴上，中间有油箱和安装支座，只需接通电动机的控制电源衡机是利用气体来作为弹性元件的，平衡机内充有数十个气压的空气或氮气，用液体密封，其液量须保证在任何俯仰角时液体都能盖住紧塞具。

有的为了防止液体流入内筒，在内筒上部焊有细管，这样可以充分利用内筒空间，减小平衡机体积。

平衡机外筒上的注气器，不应被其它机构遮蔽，并应保证在任何状态时注气孔均在液面之下。

气压式平衡机与弹簧式平衡机相比，结构可以做得非常紧凑，体积小，重量轻，气压的调整也很简单。

为了防止气体的泄漏，通常是利用液体来密封，而液体又靠紧塞装置来密封。

所以紧塞装置的摩擦力的大小对平衡机影响较大，而且气压式平衡机对加工精度要求较高。

.种特别的平衡机考虑到平衡机是安装到并联机器人上，所以合理的选择其最佳位置是极其重要的。

对其性能而言，平衡机起到的辅助作用十分大，但若安装不当，就不会产生理想的效果，相反，还会引起不必要的许多问题。

有种新型的并联机器人，它所采用的平衡装置别具格，安装位置非常独特如图。

图机构及其平衡机它采用交叉式立体平衡机，对并联机构的运动性能带来了很大的改善。

其中，它加强了机构的升降俯仰这两方向上自由度的运动，能准确快捷地提供机构所需的平衡力矩，但是在倾侧的时候，它不能和其他两方向上样提供合适的平衡力矩。

本课题将继续研究该种平衡机的具体设计方案。

第三章机电传动系统机电传动系统里，电动机与生产机械连成体，为了使系统运行合理，就要使电动机的机械特性与生产机械的机械特性尽量相配合。

特性配合好的个起码要求就是系统要能稳定运行。

机电传动系统的稳定运行包含两重含义是系统应能以定速度匀速运转，二是系统受种外部干扰如电压波动负载转矩波动等而使运行速度稍有变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。

由分析可知，机电传动系统稳定运行的必要充分条件是电动机和生产机械的机械特性曲线和有交点即自由度，并联，机构，平行，设计，优秀，优良，机械图纸摘要文中从运动副分析入手，对种运动解耦的三自由度并联机构进行了构型研究，该机构由三个正交分布的支链组成，且机构的运动副均为转动副，构成了机构动平台三个方向的平动解耦在机构构型研究的基础上，对其进行了运动学分析，推导出了该并联机构的运动学正反解，分析了机构输入输出的速度和加速度等，验证了该机构运动解耦的特性。

这对该机构的动力学分析控制策略机构设计和轨迹规划等方面的研究，具有定的理论意义。

关键词三自由度并联机构构型运动学第章引言．并联机器人的出现及特点并联机器人是类全新的机器人，它具有刚度大承载能力强误差小精度高自重负荷比小动力性能好控制容易等系列优点，与目前广泛应用的串联式机器人在应用上构成互补关系，在新的历史阶段中，并联机器人还将有更为广泛的应用。

它可以作为航天上的对接器航海上的潜艇救援对接器工业上可以作为大件的装配机器人精密操作的微动器可以在汽车总装线上自动安装车轮部件另外，医用机器人，天文望远镜等都利用了并联技术。

并联机器人与已经用的很好很广泛的串联机器人相比往往使人感到它并不适合用作机器人，它没有那么大的活动空间，它活动上平台远远不如串联机器人手部来得灵活。

的确这种结构的并联机构其工作空间只是个厚度不大的蘑菇形空间，位于机构的上方，而表示灵活度的末端件维转动的活动范围般只在上下，角度最大也达不到。

可是和世界上任何事物样都是分为二的，若用并联式的优点比串联式的缺点，也同样令人吃惊。

首先，并联式结构其末端件上平台同时经由根杆支承，与串联的悬臂梁相比，刚度大多了，而且结构稳定第二，由于刚度大，并联式较串联式在相同的自重或体积下有高得多的承载能力第三，串联式末端件上的误差是各个关节误差的积累和放大，因而误差大而精度低，并联式没有那样的积累和放大关系，误差小而精度高第四，串联式机器人的驱动电动机及传动系统大都放在运动着的大小臂上，增加了系统的惯性，恶化了动力性能，而并联式则很容易将电动机置于机座上，减小了运动负荷第五，在位置求解上，串联机构正解容易，但反解十分困难，而并联机构正解困难反解却非常容易。

由于机器人的在线实时计算是要计算反解的，这就对串联式十分不利，而并联式却容易实现。

由于串联并联在结构上和性能特点上的对偶关系，串联并联之间在应用上不是替代作用而是互补关系，且并联机器人有它的特殊应用领域。

因此可以说并联机构的出现，扩大了机器人的应用范围。

．并联机器人机构的定义并联机器人机构可以严格定义为上下平台用个或个以上分支相连，机构具有个或个以上自由度，且以并联方式驱动的机构称为并联机器人机构。

但从机构学的角度出发，只要是多自由度的，驱动器分配在不同的环路上的并联多环机构都可称之为并联机构。

．机构图所示的是个自由度的并联机构，由支链连接运动平台和固定平台组成的，因为绕圆柱副轴线的转动是局部自由度，所以圆柱副也可以用移动副来倒替，分支等效于支链，该机构的分支结构是对称的，因此，这机构称为平台机构，以个移动副作为输入。

是指球面副，球面副允许两构之间具有个独立的，以球心为中心的相对转动，具有个自由度是指转动副，允许两构件绕公共轴线作相对转动，描述了两构件之间的空间相对关系，具有个自由度是指移动副，允许两构件沿公共轴线作相对直线移动，具有个自由度。

源于军工需求，将并联机器人应用到火箭发射装置中可以改良传统火箭炮的平衡，射角，精确度等方面的问题。

它的多自由度和便捷的数字控制方式是多年来火箭发射装置梦寐以求的。

由自由度的计算可知，该机构能够完成两个方向的回转和个升降运动。

这系列运动都可以通过电机带动，经过三条空间运动链的运动，从而促动上平台的各种运动姿势。

回转运动在这种并联机器人的机构中，下平台上的电动机带动丝杆传动。

该丝杆为滑动丝杆，滑块的运动能带动其上的链随球面副摆动，从而上平台绕转动副作回转运动，即有与两方向的回转运动。

升降运动三条空间运动链的同时伸缩能促动上平台的升降运动。

图结构．并联机构工作空间的分析工作空间设给定参考点是动平台执行器的端点，工作空间是该端点在空间可以达到的所有点的集合。

完全工作空间动平台上执行器端点可从任何方向位姿到达的点的集合。

定向工作空间动平台在固定位姿时执行器端点可以到达的点的集合。

最大工作空间动平台执行器端点可到达的点的最大集合，并考虑其具体位姿。

完全工作空间和定向工作空间都是最大工作空间的子集.另外，工作空间是并联机构的重要特性，影响它的大小和形状的因素主要有以下三个杆长的限制，杆件长度的变化是受到其结构限制的，每杆件的长度必须小于最大杆长，大于最小杆长。

转动副转角的限制，各种铰链，包括球铰接和万向铰接的转角都受到结构研制的，每铰链的转角都应小于最大转角。

杆件的尺寸干涉，连接动平台和固定平台的杆件都具有几何尺寸，因此各杆件之间在运动过程中可能发生相互干涉。

设杆件是直径为的圆柱体，两相邻杆件轴线之间的距离为，则。

．设计简介与设计要求本设计是在并联机构的内部设置种平衡机，以使得上平台运动到任何位置时，电动推杆上的推力基本相等，给电机的控制创造条件。

该平衡机的结构形式应能适应机构的工作空间。

本设计涉及到机构学机械传动电力拖动与控制等方面。

通过设计工作的训练，可有效提高毕业生工程实践能力。

并联机构的运动范围为俯仰，倾侧，升降，载荷.。

平衡机要求能抵消总载荷的。

．主要的研究方法和内容首先研究电机的机械性能，对并联机器人进行运动学描述和受力分析然后着重研究如何实现机器的平衡问题，进行专用平衡机总体设计，并在此基础上作详细的计算与分析。

．了解并联机构，对已有的并联机器人的工作空间进行分析．分析平衡力矩图，探讨平衡方案，选择平衡机的安装位置，进行平衡能力计算．关键零部件的设计与计算。

第二章平衡机的概念与作用机理在传统的火箭发射装置中，由于其所承载的重量十分沉重，所以在设计其方向机和回转机的时候需要考虑平衡承载力矩。

由此，平衡机被提出，用来平衡起落部分的重量对耳轴产生的重力矩。

这在传统的火箭发射装置上比较易于实现，但在新提出的并联机器人中，为了避免上平台越过其极限位置和连杆在伸缩时承受到