本文關(guān)鍵詞：一類三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特性研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 副鏡支撐 三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu) 構(gòu)型設(shè)計(jì) 精度分析與設(shè)計(jì) 參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 仿真平臺(tái)設(shè)計(jì) 選型 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 全局條件數(shù) 最大位姿誤差 工作空間

【摘要】：隨著天文學(xué)的發(fā)展,望遠(yuǎn)鏡的分辨率要求越來(lái)越高,對(duì)副鏡的支撐提出了更高的要求,傳統(tǒng)的四翼梁式支撐結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦,但不能主動(dòng)校正副鏡的姿態(tài),因此,設(shè)計(jì)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)移動(dòng)自由度的副鏡支撐機(jī)構(gòu),實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、高精度地調(diào)整副鏡相對(duì)主鏡的焦距和姿態(tài),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文以望遠(yuǎn)鏡副鏡三自由度并聯(lián)支撐為背景,圍繞三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主線,開(kāi)展了構(gòu)型設(shè)計(jì)與選型、運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)、精度分析與設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)等五方面的研究。 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)首先需要進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)和選型。根據(jù)期望兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)自由度的需求,采用約束螺旋理論設(shè)計(jì)了三支鏈、采用添加約束法設(shè)計(jì)了四支鏈對(duì)稱的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,綜合考慮并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)對(duì)稱、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、低慣性等定性指標(biāo),以及伴隨運(yùn)動(dòng)小、全局條件數(shù)大、運(yùn)動(dòng)副剛度大精度好等定量指標(biāo),最終選取3-RCU構(gòu)型作為望遠(yuǎn)鏡副鏡并聯(lián)支撐。 本文提出分類建模方法,建立兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、速度傳遞模型和誤差傳遞模型。根據(jù)并兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和約束特性,分類建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；在此基礎(chǔ)上,建立了運(yùn)動(dòng)支鏈的D-H矩陣模型,全面反映各運(yùn)動(dòng)支鏈的運(yùn)動(dòng)副和桿件的運(yùn)動(dòng)特性；建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的速度傳遞模型,反映驅(qū)動(dòng)速度與動(dòng)平臺(tái)的有效位姿變化速度之間的映射關(guān)系,并得到機(jī)構(gòu)的速度Jacobian巨陣和全局條件數(shù)。同時(shí),對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)描述進(jìn)行了深入討論,引入zxz歐拉角法研究機(jī)構(gòu)的伴隨運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)空間,引入YXY歐拉角法研究機(jī)構(gòu)速度Jacobian矩陣、全局條件數(shù)和誤差傳遞模型。 考慮并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)移動(dòng)自由度,定義了兩個(gè)歐拉角和一個(gè)移動(dòng)的微小攝動(dòng)為機(jī)構(gòu)的有效位姿誤差,基于誤差攝動(dòng)原理和機(jī)構(gòu)的速度傳遞模型,建立了運(yùn)動(dòng)副安裝誤差(包括結(jié)構(gòu)偏差)、運(yùn)動(dòng)副間隙誤差和支鏈驅(qū)動(dòng)誤差(包括傳感誤差)等主要誤差源到動(dòng)平臺(tái)有效位姿誤差的全誤差模型；然后,推導(dǎo)了3-RCU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的最大誤差模型,分析了各主要誤差源對(duì)動(dòng)平臺(tái)有效位姿誤差的誤差靈敏度；最后,分別研究了基于靈敏度和基于成本的3-RCU并聯(lián)機(jī)構(gòu)精度設(shè)計(jì),并采用遺傳算法實(shí)現(xiàn)了3-RCU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的精度設(shè)計(jì)。 根據(jù)兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),推廣了機(jī)器人包含工作空間和全姿態(tài)工作空間的概念,定義了兩轉(zhuǎn)一移并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間和靈活工作空間,以及工作空間體積；然后討論了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的約束條件,并基于區(qū)間分析方法計(jì)算了3-RCU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間,分析了工作空間的形狀特點(diǎn)。 確定以動(dòng)平臺(tái)半徑、連桿中心位置長(zhǎng)度和驅(qū)動(dòng)行程與靜平臺(tái)半徑的比值為設(shè)計(jì)變量,分析了全局條件數(shù)、最大位姿誤差和工作空間體積等3個(gè)性能指標(biāo)隨3個(gè)設(shè)計(jì)變量的變化規(guī)律,優(yōu)化設(shè)計(jì)得到3-RCU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。 最后,利用Matlab GUI工具箱設(shè)計(jì)了兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)仿真平臺(tái),重點(diǎn)研究了3-RCU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可視化運(yùn)動(dòng)仿真模塊�；赟olidWorks軟件建立了機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型,基于SimMechanics工具箱設(shè)計(jì)了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng),包括軌跡規(guī)劃模塊、控制器模塊、并聯(lián)機(jī)構(gòu)模型模塊和顯示模塊等,實(shí)現(xiàn)了3-RCU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可視化運(yùn)動(dòng)仿真研究。
[Abstract]:With the development of astronomy , the resolution requirement of the telescope is higher and higher , and the support of the auxiliary mirror is more demanding . The traditional four - wing beam type support structure can realize automatic focusing , but can not actively correct the posture of the secondary mirror . Therefore , it is of great practical significance to design the auxiliary mirror support mechanism with two rotational degrees of freedom to adjust the focal length and attitude of the secondary mirror relative to the main mirror in real time . In this paper , the three - degree - of - freedom parallel support is used as the background , and the design and selection , kinematics design , precision analysis and design , structural parameter optimization design , simulation platform design and so on are carried out around the design main line of the three - degree - of - freedom parallel mechanism . A three - degree - of - freedom parallel mechanism with four branches is designed by using the constraint screw theory . Based on this , a three - degree - of - freedom parallel mechanism with four branches is designed by using the constraint helix theory . Based on this , a three - degree - of - freedom parallel mechanism with four branches is designed by the addition restriction method . This paper proposes a classification modeling method , and establishes a unified kinematic model , a velocity transmission model and an error transmission model of two - turn one - shift three - degree - of - freedom parallel mechanism . Based on the above , a kinematic model is established according to the driving and constraint characteristics of the parallel mechanism with three degrees of freedom . The speed transfer model of the parallel mechanism is established to reflect the mapping relationship between the driving speed and the effective posture change speed of the moving platform . Considering that the parallel mechanism has two degrees of freedom of movement , two Euler angles and one moving minute perturbation are defined as the effective pose error of the mechanism . Based on the principle of error perturbation and the speed transfer model of the mechanism , a full error model of the effective pose error of the moving platform is established . According to the motion characteristics of the three - degree - of - freedom parallel mechanism , the concept of working space and full - attitude workspace is generalized , and the available working space and flexible working space of the two - turn - one - shift parallel mechanism are defined , and the working space volume is defined . Then the constraint conditions of the parallel mechanism are discussed , and the working space of the 3 - RCUs parallel mechanism is calculated based on the interval analysis method , and the shape characteristics of the working space are analyzed . It is determined that the ratio of the radius of the moving platform , the length of the center of the connecting rod and the radius of the driving stroke to the radius of the static platform is the design variable , and the three indexes of the global condition number , the maximum pose error and the working space volume are analyzed . The key structural parameters of the 3 - RCUs parallel mechanism are optimized according to the changing law of the three design variables . Finally , the simulation platform of three - degree - of - freedom parallel mechanism is designed by using the Matlab GUI toolbox . The visualization motion simulation module of 3 - RCUs parallel mechanism is studied . Based on the software , the kinematics and dynamics control system of the mechanism is designed , which includes trajectory planning module , controller module , parallel mechanism model module and display module .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH112;TH743

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳昌林;陳航;;幾種三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置正解方法[J];機(jī)床與液壓;2006年05期

2 史巧碩;高峰;余發(fā)國(guó);;基于G_F集的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型研究[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2008年07期

3 黃真，陶王送;三自由度并聯(lián)平臺(tái)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)研究[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);1996年04期

4 魯開(kāi)講,牛祿峰,雷文莉,李鵬飛,王繼站;球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)位姿正解的研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2005年01期

5 陶建峰;朱野;閆述;王旭永;;重載三自由度旋轉(zhuǎn)并聯(lián)平臺(tái)的位置逆解及其分析[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2007年04期

6 黃真,方躍法;三自由度并聯(lián)角臺(tái)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸存在的子空間[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);1997年02期

7 路懿;胡波;;三自由度SP+SPR+SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和工作空間分析[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2010年06期

8 郝長(zhǎng)中，安曉衛(wèi)，，彭兆行;三自由度并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及仿真[J];沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);1995年04期

9 王海東;楊炳恒;畢玉泉;黃葵;;一種三自由度新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J];中國(guó)制造業(yè)信息化;2011年01期

10 王海東;黃葵;畢玉泉;楊炳恒;;一種兩轉(zhuǎn)動(dòng)一平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J];機(jī)械傳動(dòng);2011年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 薛明;顏永年;張人佶;李衛(wèi);;一種三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在熔融擠壓成形工藝中的應(yīng)用[A];特種加工技術(shù)——2001年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨第九屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2001年

2 危常明;喻俊志;;一種具有三自由度鰭肢的機(jī)器海豚的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì)D卷[C];2011年

3 董培濤;吳學(xué)忠;;平面二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間分析的新方法[A];面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程——2001年“面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程”學(xué)術(shù)會(huì)議暨企業(yè)生產(chǎn)工程與產(chǎn)品創(chuàng)新專題研討會(huì)論文集[C];2001年

4 張曉峰;張清東;王康健;黃佩杰;王欣;;冷連軋機(jī)啟動(dòng)軋制階段帶鋼張力的動(dòng)態(tài)仿真[A];2007中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集[C];2007年

5 陳海東;趙雯;費(fèi)智婷;張灝龍;鄢寧;;分布式仿真平臺(tái)及其在武器攻防對(duì)抗中的應(yīng)用[A];'2008系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

6 朱松儉;;面向3G的基于軟件無(wú)線電的仿真平臺(tái)研究與開(kāi)發(fā)[A];全面建設(shè)小康社會(huì)：中國(guó)科技工作者的歷史責(zé)任——中國(guó)科協(xié)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上）[C];2003年

7 馬永明;陳平;劉萬(wàn)超;祝成;孫佳佳;;基于MATLAB的輸電線路故障行波仿真平臺(tái)[A];中國(guó)高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)第二十四屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2008年

8 宋元;許林周;章新華;;面向多源信息融合的艦載聲納仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)[A];2009年全國(guó)水聲學(xué)學(xué)術(shù)交流暨水聲學(xué)分會(huì)換屆改選會(huì)議論文集[C];2009年

9 石勇;張進(jìn)之;;冷連軋控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)[A];'2000系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2000年

10 朱興龍;周驥平;顏景平;;一種新型的三自由度垂直相交運(yùn)動(dòng)解耦液壓伺服關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)[A];面向制造業(yè)的自動(dòng)化與信息化技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)技術(shù)——2001年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨第九屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2001年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 胡海霞;502所 通用數(shù)學(xué)仿真平臺(tái)助力“神舟八號(hào)”方案復(fù)核復(fù)算[N];中國(guó)航天報(bào);2011年

2 凌曼文;國(guó)有企業(yè)級(jí)協(xié)同仿真平臺(tái)問(wèn)世[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2007年

3 本報(bào)實(shí)習(xí)記者 王維敏;建筑領(lǐng)域回蕩機(jī)器人叩門聲[N];中華建筑報(bào);2010年

4 束洪福;尖端技術(shù)并非大企業(yè)專屬品[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

5 鄭持輝邋藍(lán)圖;重慶沙坪壩疏緩交通擁堵 三維仿真平臺(tái)派上大用場(chǎng)[N];中國(guó)測(cè)繪報(bào);2008年

6 戴勁松;中核集團(tuán)成功研制核電仿真平臺(tái)[N];中國(guó)企業(yè)報(bào);2008年

7 王恩青;協(xié)同仿真平臺(tái)助力“中國(guó)制造”自主創(chuàng)新[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2007年

8 本報(bào)記者 張翼;安世亞太發(fā)布國(guó)內(nèi)首款企業(yè)級(jí)協(xié)同仿真平臺(tái)[N];機(jī)電商報(bào);2007年

9 金利;復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

10 夏效生　本報(bào)特約通訊員　趙凌宇;空軍新戰(zhàn)機(jī)：維修訓(xùn)練在仿真平臺(tái)進(jìn)行[N];中國(guó)國(guó)防報(bào);2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 代小林;三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)分析與控制策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 姚太克;一類三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特性研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

3 李彬;支鏈布局對(duì)一類三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)約束及運(yùn)動(dòng)學(xué)性能的影響研究[D];天津大學(xué);2012年

4 姚蕊;大跨度索并聯(lián)機(jī)構(gòu)力特性及尺度綜合設(shè)計(jì)研究[D];清華大學(xué);2010年

5 郝齊;一種兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)控制研究[D];清華大學(xué);2011年

6 張克濤;變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與運(yùn)動(dòng)特性研究[D];北京交通大學(xué);2010年

7 許允斗;基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論大型鍛造操作機(jī)設(shè)計(jì)與分析[D];燕山大學(xué);2012年

8 丁玲;并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)組綜合理論與計(jì)算機(jī)化研究[D];燕山大學(xué);2012年

9 程世利;并聯(lián)機(jī)構(gòu)若干基本問(wèn)題的研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

10 張彥斌;少自由度無(wú)奇異完全各向同性并聯(lián)機(jī)構(gòu)型綜合理論研究[D];西安理工大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙進(jìn)科;正交三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析[D];鄭州大學(xué);2010年

2 部云超;并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)[D];河北工業(yè)大學(xué);2005年

3 羅勇;3-RPS角臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)卡當(dāng)運(yùn)動(dòng)分析及計(jì)算機(jī)仿真[D];燕山大學(xué);2002年

4 陳航;三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解及試驗(yàn)平臺(tái)控制方法研究[D];華中科技大學(xué);2005年

5 蔡飛躍;3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

6 肖藩;基于三自由度并聯(lián)支撐機(jī)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的研究[D];江西理工大學(xué);2012年

7 王聰;三自由度直升機(jī)模型的控制方法研究[D];西華大學(xué);2010年

8 趙星宇;三自由度伺服驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2012年

9 霍電輝;新型三自由度動(dòng)感模擬平臺(tái)的研發(fā)[D];太原科技大學(xué);2013年

10 許懷友;少自由度并聯(lián)示教機(jī)器人的結(jié)構(gòu)學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)[D];重慶大學(xué);2004年

本文編號(hào)：1358059