含适应性驱动支链的六自由度并联机构的性能分析与优化

论文摘要

随着科学技术的日益进步,机器人技术逐渐被广泛应用工业生产的各个方面。其中并联机器人由于具有刚度大,惯性小,精度高等诸多优点,成为世界各国研究的焦点。其研究成果被应用于航天、精密机械制造、医疗与生物工程等诸多领域。本课题针对工业五轴加工生产任务的需要,提出了一种含有适应性驱动支链的六自由度并联机构。对其进行了运动学分析,通过闭环方程得出了位置的逆解,之后通过运动约束方程求出了机构的速度雅可比矩阵。进行了对该机构的灵巧度、动平台倾转能力、工作空间、静刚度、动态特性的性能分析。之后通过运用微分法对机构输出误差建模,进行了该机构的精度分析。最后通过对该机构的基座构型、驱动杆长与截面面积进行优化,大大的提高了机构的运动性能、结构刚度与动态特性。从而在减少奇异位形,提高动平台倾转能力的同时,使机床具有了较大的工作空间和较高的精度、刚度与动态特性。经过性能分析与优化研究,机床具有了较好的运动性能、力学性能与动态特性,具备大倾角转动能力,能够完成复杂的五面体加工任务。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 并联机器人简介
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 并联机构应用现状
• 1.2.2 并联机构学研究现状
• 1.3 课题研究目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 新型六自由度并联机床的运动学分析
• 2.1 引言
• 2.2 六自由度并联机床机构
• 2.3 自由度分析
• 2.4 位置分析
• 2.5 逆解Jacobian 矩阵
• 2.6 本章小结
• 第3章 并联机构的运动性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 避奇异分析
• 3.2.1 逆解奇异分析
• 3.2.2 正解奇异分析
• 3.3 灵巧度分析
• 3.4 并联机床工作空间的研究
• 3.5 对基座几何形状的优化
• 3.6 本章小结
• 第4章 误差分析
• 4.1 引言
• 4.2 并联机器人误差建模与优化方法概述
• 4.3 六自由度并联机床的误差分析
• 4.3.1 尺寸误差
• 4.3.2 形状误差
• 4.4 六自由度并联机器人的误差建模
• 4.5 结构几何参数变化对机构误差的影响
• 4.6 通过输出误差约束对机床几何参数的优化
• 4.7 通过误差分析对机床整体参数进行优化的方法
• 4.7.1 误差建模过程
• 4.7.2 最终优化结果
• 4.8 本章小结
• 第5章 并联机床几何参数的分析与优化
• 5.1 引言
• 5.2 多目标优化问题及其算法概述
• 5.3 NSGAⅡ算法流程
• 5.3.1 拥挤度的定义
• 5.3.2 父代与子代的合并过程
• 5.3.3 NSGAⅡ整体流程
• 5.4 优化结果
• 5.5 针对驱动杆截面面积的优化
• 5.5.1 ANSYS 建模
• 5.5.2 针对机床刚度的驱动杆截面半径优化
• 5.5.3 针对机床动态特征的驱动杆截面半径优化
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢