本文關鍵詞：考慮運動副間隙的平面并聯(lián)機構動力學與控制研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 模塊化建模 多體機構 運動副間隙 動力學分析 3-RRR并聯(lián)機構

【摘要】：由于裝配誤差、加工精度和磨損的影響,機構中運動副間隙不可避免地存在,使機構的運動精度和動力學性能受到很大影響。同時,構型復雜的多體機械系統(tǒng)動力學模型的建模效率有待提高。因此含運動副間隙機構的動力學建模與分析越來越受到科研人員的重視。本文從平面多體機構的模塊化動力學建模、運動副間隙的數(shù)學模型等方面入手,提出體現(xiàn)拓撲結構層次性的模塊化動力學建模方法,并可拓展到含間隙機構的動力學分析,通過改進的數(shù)值積分算法求解非線性微分代數(shù)方程組,系統(tǒng)地分析運動副間隙對機構動力學性能的影響,進而指導樣機結構參數(shù)與間隙分配的集成優(yōu)化。本文主要進行以下研究:為了提高復雜多體機構的動力學建模效率,通過多體系統(tǒng)的拓撲圖對機構進行分類,提出多體系統(tǒng)的模塊劃分方法;采用體鉸矢量和通路矢量建立平面多體機構中運動副的約束方程,用關聯(lián)數(shù)組描述系統(tǒng)的拓撲結構,實現(xiàn)系統(tǒng)約束雅克比矩陣的自動集成,形成復雜多體機構的約束雅可比矩陣的模塊組裝,實現(xiàn)模塊化、層次化的動力學建模,使動力學模型中包含機構的拓撲結構信息。針對動力學模型的微分代數(shù)方程組,提出基于Hermite插值的數(shù)值積分方法。以平面三自由度并聯(lián)機構為應用案例,建立通用動力學模型,體現(xiàn)所提出的模塊化動力學建模方法的層次性和可重用性。為了更精確地確定出運動副元素在機構運行過程中相對運動狀態(tài)的互相轉換,采用狀態(tài)變換法描述運動副間隙模型,利用相鄰兩時間節(jié)點的接觸表面變形量的關系改進運動副元素的相對運動狀態(tài)判斷準則。提出適用于機構高速運行時的間隙碰撞力模型,結合Lankarani-Nikravesh接觸力模型完整地表達了間隙運動副中的接觸碰撞力。為了能夠量化地評價運動副間隙的不同參數(shù)對機構動力學性能的影響,提出間隙效應評價指標體系。以含有鉸鏈間隙的曲柄滑塊機構為例進行動力學分析,驗證了所提出的間隙模型的正確性。針對平面并聯(lián)機構在工程中應用最廣泛的一種構型——平面3-RRR并聯(lián)機構,采用提出的模塊化動力學建模方法建立動力學模型�？紤]與動平臺相連接的三個轉動副間隙,將運動副的間隙作用力作為廣義外力引入到系統(tǒng)動力學方程中。采用所提出的基于Hermite插值的數(shù)值積分方法對該微分代數(shù)方程組進行求解,深入細致地探討運動副間隙對該機構動力學性能的影響。采用龐加萊映射和分岔圖的手段對機構進行非線性動力學分析,揭示含間隙平面3-RRR并聯(lián)機構的非線性動力學行為。對于含有運動副間隙的機構,由于間隙作用力產生的高度非線性因素,傳統(tǒng)控制策略的控制效果難以令人滿意。針對含運動副間隙的平面3-RRR并聯(lián)機構,對比分析基于間隙作用力模型的固定補償控制策略,進而提出能實現(xiàn)間隙作用力自適應補償?shù)姆蔷�性自適應控制策略。引入增益自適應律使機構能夠更快地達到穩(wěn)定狀態(tài),設計參數(shù)自適應控制律和非線性自適應控制律,實現(xiàn)在運動副間隙存在的情況下機構運動精度的提高,并有效減輕間隙作用力對機構運動平穩(wěn)性的不良影響。基于間隙效應評價指標體系和指數(shù)加工成本模型,建立含運動副間隙機構的間隙分配與結構參數(shù)集成優(yōu)化的目標函數(shù)�；谶z傳算法中的雜交機制,采用自適應雜交概率,并引入自適應慣性權重和異步學習因子,改進了混合粒子群優(yōu)化算法。輔以工作空間、傳遞性能等約束條件,優(yōu)化得到機構的間隙參數(shù)和結構設計參數(shù),設計加工平面3-RRR并聯(lián)機構實驗樣機系統(tǒng)。通過加工不同半徑的軸頸,實現(xiàn)不同大小和數(shù)量的運動副間隙。采集機構動平臺中心點位置、速度信號,進行含運動副間隙的平面3-RRR并聯(lián)機構動力學響應的實驗研究。考察間隙運動副個數(shù)、運動副間隙的大小對機構動力學性能的影響,驗證前期理論分析的正確性。考慮運動副間隙的多體機械系統(tǒng)的動力學分析與研究,具有重要的理論價值和實際指導意義。
[Abstract]:In order to improve the dynamic modeling efficiency of a complex multi - body mechanism , the dynamic modeling and analysis of the kinematic pairs in a complex multi - body mechanism are presented . In this paper , the experimental research on the dynamic response of plane 3 - RRR parallel mechanism with different size and quantity is realized by machining the journal with different radius .

【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH112

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王國慶,劉宏昭,張士軍,潘志暄;平面間隙運動副副元素相對運動[J];長安大學學報(自然科學版);2002年01期

2 楊東超;賓洋;賈振中;趙旦譜;;消極運動副的產生原因及判定方法[J];中國機械工程;2008年07期

3 黃海洋;李艷;井超超;周嬌;;運動副間隙振動狀態(tài)實驗研究[J];北京印刷學院學報;2010年04期

4 張建瓴，，李哲，李驪;對預測含間隙機構運動副元素分離方法的修正[J];機械科學與技術;1995年01期

5 俞武勇,季林紅,閻紹澤,金德聞,賈曉紅;含間隙機構運動副的動力學模型[J];機械科學與技術;2001年05期

6 曲繼方;;運動副的滑滾轉換方法及應用[J];佳木斯工學院學報;1991年01期

7 崔玉蓮,劉櫇;關于運動副耐磨可靠性方程的幾點討論[J];裝甲兵工程學院學報;1997年01期

8 何成銘,劉櫇,梅國建;構件和運動副的工作能力的定量描述[J];裝甲兵工程學院學報;1997年03期

9 謝進,陳永;含間隙回轉副的運動副元素分離準則中鈺/R的探討[J];機械傳動;1999年01期

10 秦偉,黃茂林;間隙和接觸尺度對運動副自由度影響的研究[J];機械設計;2002年12期

相關會議論文 前10條

1 周昌登;;運動副磨損狀態(tài)的監(jiān)控[A];第五屆全國摩擦學學術會議論文集（下冊）[C];1992年

2 張偉;李春洋;;兩種運動副間隙模型動力學特性分析[A];第十四屆全國非線性振動暨第十一屆全國非線性動力學和運動穩(wěn)定性學術會議摘要集與會議議程[C];2013年

3 劉柏希;原大寧;劉宏昭;;考慮運動副阻尼的機構系統(tǒng)動力學響應研究[A];第十四屆全國機構學學術研討會暨第二屆海峽兩岸機構學學術交流會論文集[C];2004年

4 黃茂林;安培文;秦偉;;平面閉鏈機構約束不確定性影響及自調結構的分析[A];第十四屆全國機構學學術研討會暨第二屆海峽兩岸機構學學術交流會論文集[C];2004年

5 蘇軍輝;黃玉美;高峰;;抓取機器人的并聯(lián)機構剛度解析[A];制造技術自動化學術會議論文集[C];2002年

6 楊東超;楊向東;劉莉;陳懇;;并聯(lián)機構的可驅動性研究[A];2007年中國機械工程學會年會論文集[C];2007年

7 張義鳳;姚郁;;六自由度并聯(lián)機構驅動速度性能優(yōu)化設計[A];中國系統(tǒng)仿真學會第五次全國會員代表大會暨2006年全國學術年會論文集[C];2006年

8 孟飛;;極限邊界搜索實現(xiàn)的并聯(lián)機構工作空間分析[A];先進制造技術論壇暨第五屆制造業(yè)自動化與信息化技術交流會論文集[C];2006年

9 范彩霞;劉宏昭;;雙驅動五自由度并聯(lián)機構型綜合[A];第9屆中國機構與機器科學應用國際會議（CCAMMS 2011）暨中國輕工機械協(xié)會科技研討會論文集[C];2011年

10 董培濤;吳學忠;;平面二自由度并聯(lián)機構工作空間分析的新方法[A];面向21世紀的生產工程——2001年“面向21世紀的生產工程”學術會議暨企業(yè)生產工程與產品創(chuàng)新專題研討會論文集[C];2001年

相關博士學位論文 前10條

1 宋振東;考慮運動副間隙的平面并聯(lián)機構動力學與控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

2 張續(xù)沖;考慮運動副間隙的平面三自由度并聯(lián)機構研究[D];華南理工大學;2015年

3 李仁軍;考慮運動副摩擦的混合輸入機構理論與實驗研究[D];西安理工大學;2009年

4 田為軍;德國牧羊犬運動特性及其運動模型研究[D];吉林大學;2011年

5 肖英奎;運動同步記錄與在線模擬技術研究[D];吉林大學;2005年

6 賀鎮(zhèn);多回路及自適應機構自調結構設計的研究與工程實踐[D];重慶大學;2006年

7 劉江南;基于創(chuàng)新技法的機構拓撲結構若干問題研究[D];湖南大學;2012年

8 毛秉毅;閉環(huán)和并聯(lián)機構拓撲胚圖理論與應用[D];燕山大學;2015年

9 邵杰杰;浸沒流場縫隙控制技術研究[D];浙江大學;2015年

10 丁建;六自由度并聯(lián)機構精度分析及其綜合方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 黃磊;可穿戴式氣動手腕運動康復研究[D];南京理工大學;2015年

2 李玉娟;考慮運動副間隙的平面函數(shù)機構概率分析與綜合[D];西華大學;2015年

3 周軍生;考慮運動副磨損間隙的柔性機構動力學與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

4 馮艷婷;藍寶石LED條自動擺條機設計與運動特性研究[D];哈爾濱理工大學;2015年

5 魏強;基于等效阻力梯度的約束變胞運動副結構綜合[D];東北大學;2012年

6 劉柏希;考慮運動副阻尼的彈性機構系統(tǒng)動力學研究[D];西安理工大學;2004年

7 熊敏;考慮運動副間隙商標模切機主切機構及控制系統(tǒng)分析、設計[D];西安理工大學;2002年

8 趙明成;考慮運動副間隙的翅翼機構混沌運動及其控制研究[D];西南交通大學;2010年

9 王大燕;考慮彈簧和運動副間隙的微撲翼飛行器翅翼機構動力學研究[D];西南交通大學;2008年

10 王肖;考慮多運動副間隙的顎式破碎機動力學分析[D];內蒙古科技大學;2014年

本文編號：1419293