本文關(guān)鍵詞：2PRU-（2PRR）U并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及性能分析

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【摘要】：隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論與技術(shù)的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，從而成為機(jī)構(gòu)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在此背景下，本文提出一種新型的1T2R三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)及性能的分析與研究，具體內(nèi)容如下： 1)運(yùn)用螺旋理論知識(shí)對2PRU-(2PRR)U并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度進(jìn)行分析，得出本機(jī)構(gòu)具有1T2R三個(gè)自由度。采用u-v-w歐拉角對機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的位姿進(jìn)行描述，根據(jù)機(jī)構(gòu)之間的位置關(guān)系得出動(dòng)平臺(tái)繞w軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角γ恒為0，因此本文采用（Pz, θ, ψ）三個(gè)參數(shù)來描述動(dòng)平臺(tái)原點(diǎn)的位姿。 2)根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖，采用幾何作圖法，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的位置正逆解方程組，其中逆解有16組解，排除干涉的解后，共有12組可行解。在工程應(yīng)用中，可根據(jù)能量消耗最小原則選出一組最優(yōu)解。 3)根據(jù)剛性連桿兩端點(diǎn)沿桿方向的運(yùn)動(dòng)速度相同的特性，推導(dǎo)出并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輸入與末端執(zhí)行器輸出之間的速度映射矩陣（雅可比矩陣）。分析計(jì)算雅可比矩陣行列式的值，得出機(jī)構(gòu)的奇異位形的位置及特點(diǎn)，其中有2種邊界奇異、1種局部奇異和4種結(jié)構(gòu)奇異。 4)根據(jù)機(jī)構(gòu)的奇異性特點(diǎn)，確定機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的最大擺動(dòng)能力，通過分析成對U鉸、連桿之間的干涉以及驅(qū)動(dòng)滑塊的工作范圍對擺動(dòng)能力的影響，確定修正后的擺動(dòng)能力并基于MATLAB軟件采用數(shù)值搜索法對機(jī)構(gòu)的工作空間進(jìn)行搜索并繪制相關(guān)圖譜。通過圖譜分析，得出機(jī)構(gòu)的工作空間為上下端面是部分球面的一個(gè)柱體。 5)在一定模型假設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)虛功原理推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的靜剛度與承載能力的計(jì)算公式。根據(jù)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輸入與末端執(zhí)行器輸出之間的映射關(guān)系，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)靈巧度值的計(jì)算公式。通過分析實(shí)例的計(jì)算結(jié)果及繪制的相關(guān)圖譜，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)工作在奇異位形時(shí)其性能較差，在中心位置時(shí)性能較好。 6)以并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間、靜剛度、靈巧度及承載能力為優(yōu)化目標(biāo)，，運(yùn)用歸一化法及加權(quán)法將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)問題，并以此作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，采用自適應(yīng)遺傳算法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，利用SolidWorks軟件建立機(jī)構(gòu)的三維模型，通過ADAMS軟件模擬仿真并驗(yàn)證上述運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：2PRU-(2PRR)U并聯(lián)機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)學(xué) 機(jī)構(gòu)性能 自適應(yīng)遺傳算法 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH112
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題的研究背景及現(xiàn)實(shí)意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)發(fā)展概述11-12
• 1.2.2 三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 2PRU-(2PRR)U 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型及位置分析18-31
• 2.1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)描述與坐標(biāo)系建立18
• 2.2 機(jī)構(gòu)自由度分析18-22
• 2.3 牽連運(yùn)動(dòng)分析22-23
• 2.4 并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置分析23-30
• 2.4.1 位置逆解24-27
• 2.4.2 位置正解27-28
• 2.4.3 實(shí)例分析28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 2PRU-(2PRR)U 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的速度與奇異性分析31-39
• 3.1 速度分析31-35
• 3.2 奇異位形分析35-38
• 3.2.1 邊界奇異35-36
• 3.2.2 局部奇異36
• 3.2.3 結(jié)構(gòu)奇異36-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第4章 2PRU-(2PRR)U 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間分析39-49
• 4.1 擺動(dòng)能力分析39-40
• 4.2 末端執(zhí)行器工作點(diǎn)位置40-41
• 4.3 干涉分析41-47
• 4.3.1 虎克鉸的干涉分析41-46
• 4.3.2 滑塊與定平臺(tái)間產(chǎn)生的干涉46-47
• 4.3.3 連桿間的干涉47
• 4.4 機(jī)構(gòu)可達(dá)工作空間47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 2PRU-(2PRR)U 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能分析49-59
• 5.1 靜剛度分析49-53
• 5.1.1 靜剛度理論基礎(chǔ)49-51
• 5.1.2 實(shí)例分析51-53
• 5.2 靈巧度分析53-55
• 5.2.1 靈巧度理論基礎(chǔ)53-54
• 5.2.2 實(shí)例分析54-55
• 5.3 承載能力分析55-58
• 5.3.1 承載能力理論基礎(chǔ)55-56
• 5.3.2 實(shí)例分析56-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第6章 2PRU-(2PRR)U 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的尺寸優(yōu)化與運(yùn)動(dòng)仿真59-69
• 6.1 基于遺傳算法的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的尺寸優(yōu)化59-64
• 6.1.1 機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的編碼與解碼59-61
• 6.1.2 機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化的適應(yīng)度函數(shù)61
• 6.1.3 遺傳算法的具體操作61-63
• 6.1.4 算法流程63-64
• 6.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果64-66
• 6.3 基于 ADAMS 的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的模擬仿真66-68
• 6.3.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)仿真模型的建立66-67
• 6.3.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)自由度的驗(yàn)證67
• 6.3.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置正逆解的驗(yàn)證67-68
• 6.4 本章小結(jié)68-69
• 第7章 總結(jié)與展望69-71
• 7.1 總結(jié)69-70
• 7.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75-76
• 附錄：攻讀學(xué)位期間主要學(xué)術(shù)成果76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：717380