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紧密结合国家航空和汽车工业中大型/复杂结构件对高效加工装备的重要需求,针对卧式并联高效加工装备普遍存在并亟待解决的重力补偿问题,本文以3-R(P)S卧式并联机构为典型研究对象,深入研究其重力补偿策略,内容涉及机构位置逆解、重力对整机末端变形的影响分析、被动式重力补偿装置的设计及参数优化、重力补偿效果评估、主动式重力补偿装置设计等。主要研究成果如下: 机构位置逆解与整机柔度建模:根据3-R(P)S卧式并联机构中部件的相对运动形式及重力分布状态将机构划分为R(P)S支链与末端执行器两部分,借助矢量链法建立机构的位置逆解模型。利用线性叠加原理构造整机静柔度模型。 重力产生的机构末端变形分析:基于虚功原理将机构各部件重力映射到机构末端参考点,结合机构柔度解析模型,获得重力引起的机构末端变形在任务工作空间内的分布规律,以此阐述重力补偿的必要性。 被动式重力补偿装置设计及参数优化:选取定刚度螺旋拉簧为重力补偿元件,参考机构静力学模型对重力补偿装置进行设计。以机构总势能在工作空间中的波动量最小为目标,优化弹簧安装位置及相关参数。以重力补偿前、后由重力引起的机构末端变形的变化为切入点对重力补偿效果进行直观评估。 主动式重力补偿装置设计:引入一维位移补偿装置对上述被动式重力补偿装置进行改进,根据定刚度弹簧伸长量的变化规律,确定一维位移补偿装置在3-R(P)S卧式并联机构中的布置方式。以机构末端总变形最小为目标优化一维位移补偿装置的位移参数。借助商用软件完成一维位移补偿装置结构设计。 上述研究工作为3-R(P)S卧式并联机构的重力补偿实现提供了必要的理论和技术支撑,同时为相同类型少自由度卧式布局并联机构的重力补偿提供了重要参考。