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研究生： 黃健庭
Chien-Ting Huang
論文名稱： 搭配線性馬達之3-PRS並聯式機構剛性分析
Rigidity Analysis of a 3-PRS Parallel Manipulator with Linear Motor
指導教授： 宋震國
Dr.Cheng-Kuo Sung
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 75
中文關鍵詞： 並聯式機構 、剛性 、線性馬達 、3-PRS
外文關鍵詞： Parallel Manipulator, Rigidity, Linear Motor, 3-PRS
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    • 本論文針對3-PRS (3-Prismatic-Revolute-Spherical)並聯式機構的靜態剛性做詳細的研究。結構靜剛性是指在外力作用下或在刀具與工件間施以外力，機台結構具有的抵抗變形能力，亦即機台的工作精度，因此結構靜剛性在工具機性能上扮演著重要的角色。
    本文在研究3-PRS並聯式機構的整體剛性之前，先針對機構本身的順向與逆向運動學與動力學進行公式推導；再就本機構使用之旋轉(R)與球面(S)接頭的運動特性，並假設各接頭均非剛性而為彈性接頭時，根據Hertz接觸理論推導各接頭的變形方程式。接著計算工具機受外力後所有接頭所承受的負荷大小，並單獨計算各接頭受力後所產生的變形量，即可求解機構的剛性大小。
    至於滑動(P)接頭部份，由於進給系統主要分為兩種：線性馬達和旋轉伺服馬達搭配滾珠導螺桿，因此在討論剛性時，本文亦對此兩種進□系統分別做比較，以作為決定3-PRS並聯式機構進□系統的參考。

    This purpose of the monographic study is to analyzing the rigidity of a 3-PRS parallel manipulator. The capability of a structure defending itself from deformation during any loading conditions can be defined as the rigidity of the structure. So the rigidity of the structure is an important role on the machine tools.
    In this thesis, fundamental analyses on the 3-PRS mechanism such position analysis, inverse kinematics and forward kinematics problems are performed first. And then, derive the deformation equation of revolute joint and spherical joint according to Hertz theory. Calculate the load of all joints when machine tools received the external force, then calculate the deformation of each joints receiving the external force, to solve the rigidity of the structure.
    Because there are two kinds of feeding system: linear motor and whirling-servo motor, we discuss rigidity of two feeding systems individually, accomplishing the design consultation of 3-PRS mechanism.

    目錄 摘要.....................................................Ⅰ 目錄.....................................................Ⅲ 圖目錄...................................................Ⅵ 表目錄...................................................Ⅷ 符號列表................................................ Ⅸ 第一章 緒論...............................................1 1-1 前言.............................................1 1-2 文獻回顧.........................................6 1-3 研究動機與目的...................................8 第二章 機構之特性與運動限制..............................10 2-1 3-PRS並聯式機械手臂之結構.......................10 2-2 位置分析........................................11 2-3 順向運動學分析..................................15 2-4 逆向運動學分析..................................21 2-5 運動限制－奇異點分析............................22 第三章 球窩接頭與旋轉接頭受力分析........................28 3-1 平台受力後各接頭之受力分析......................29 3-2 考慮接頭受力關係................................35 3-2-1 剛體情況....................................35 3-2-2 彈性體之旋轉接頭............................36 3-2-3 彈性體之球窩接頭..................................39 3-3 間隙公式推導....................................42 3-3-1 接頭無摩擦力................................42 3-3-2 接頭有摩擦力................................43 3-4 受力分析結果與討論..............................44 第四章 球窩接頭與旋轉接頭剛性分析......................45 4-1 變形誤差公式推導.....................................45 4-1-1 球窩接頭受力之變形公式推導........................45 4-1-2 旋轉接頭受力之變形公式推導........................50 4-1-3 接頭受力之變形公式................................52 4-2 變形分析結果與討論...................................53 4-2 系統剛性分析.........................................53 第五章 滾珠螺桿與線性馬達之比較........................56 5-1 滾珠螺桿與線性馬達簡介...............................56 5-1-1 滾珠螺桿與線性馬達的構造..........................56 5-1-2 滾珠螺桿與線性馬達的作動原理......................59 5-2 滾珠螺桿與線性馬達優缺點比較.........................61 5-3 滾珠螺桿與線性馬達剛性分析...........................63 5-3-1 滾珠螺桿剛性分析..................................63 5-3-2 線性馬達剛性分析..................................67 5-4 滾珠螺桿與線性馬達之討論.............................68 第六章 結論與未來工作....................................70 參考文獻.................................................73

    參考文獻
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