本文關(guān)鍵詞：精密柔性并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與系統(tǒng)研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著精密工程的快速發(fā)展，指向機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于激光通信、天線指向、天文望遠(yuǎn)鏡、紅外跟蹤和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中，且對少自由度、高精密的指向機(jī)構(gòu)的需求越來越大。為了保證任務(wù)實施的準(zhǔn)確性和可靠性，本文設(shè)計的指向機(jī)構(gòu)需要滿足如下要求：重復(fù)轉(zhuǎn)動精度達(dá)到1rad，角位移達(dá)到100rad和角分辨率達(dá)到0.1rad，在此基礎(chǔ)上展開以下工作。 由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有精度高、剛度高、承載能力大、動態(tài)特性好等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于超精密機(jī)構(gòu)中。柔性鉸鏈通過材料的彈性變形實現(xiàn)高精度的運動，具有無間隙、無摩擦、無需潤滑的特性，被用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性運動副。采用疊堆壓電陶瓷驅(qū)動器可以保證系統(tǒng)高的分辨率、精度和穩(wěn)定性。所以本文設(shè)計的機(jī)構(gòu)采用柔性鉸鏈作為被動關(guān)節(jié)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為主要構(gòu)型，通過六個獨立的壓電陶瓷驅(qū)動器來調(diào)整指向運動平臺的位姿。 柔性鉸鏈作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，利用Castigliano定理和Labotto積分方程，建立了柔性鉸鏈的力學(xué)模型，推導(dǎo)出末端節(jié)點和轉(zhuǎn)動中心的柔度矩陣。在提出3個評價柔性鉸鏈性能優(yōu)劣的指標(biāo)（轉(zhuǎn)動能力、相對柔度和相對轉(zhuǎn)動誤差）的基礎(chǔ)上，對幾種不同截面（V型、雙曲線型、拋物線型、橢圓型、圓角直梁型）柔性鉸鏈進(jìn)行了性能比較分析，得出圓角直梁型柔性鉸鏈的機(jī)械特性和加工性更為優(yōu)越。從而設(shè)計一種新型圓角直梁型柔性鉸鏈，通過分析3個結(jié)構(gòu)參數(shù)(r0、d和l)以及加工誤差參數(shù)(η)對評價指標(biāo)的影響，得出各參數(shù)的優(yōu)化區(qū)域。通過對比實驗結(jié)果、有限元分析結(jié)果以及理論求解值，得出相對誤差在5%以內(nèi)，從而驗證了力學(xué)模型的正確性。 在建立機(jī)構(gòu)運動學(xué)的基礎(chǔ)之上，對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，以機(jī)構(gòu)的工作空間和運動分辨率為優(yōu)化目標(biāo)，采用非支配遺傳算法(NSGA-II)進(jìn)行優(yōu)化，并通過權(quán)函數(shù)對優(yōu)化種群遍歷，從而獲取最優(yōu)解，驗證了設(shè)計的機(jī)構(gòu)在理論上滿足角位移和角分辨率的要求。針對理論設(shè)計的結(jié)構(gòu)，對機(jī)構(gòu)的工作空間、剛度、強(qiáng)度以及模態(tài)進(jìn)行了評估，驗證了機(jī)構(gòu)的可行性。 最后，根據(jù)設(shè)計結(jié)果搭建機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)計的控制器對陶瓷進(jìn)行閉環(huán)控制，最終的指向系統(tǒng)實現(xiàn)了驅(qū)動、機(jī)構(gòu)、檢測一體化的整體集成。根據(jù)測量方案，，完成對相關(guān)測試點的性能測試實驗，驗證了最終加工的并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)能夠滿足初始設(shè)定的性能指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：精密指向機(jī)構(gòu) 并聯(lián)機(jī)構(gòu) 柔性鉸鏈 壓電驅(qū)動 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH112
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題研究的背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 空間指向機(jī)構(gòu)的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 柔性鉸鏈及壓電驅(qū)動的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計與運動特性分析18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 全向柔性鉸鏈的力學(xué)模型18-21
• 2.3 柔性鉸鏈的評價指標(biāo)21-22
• 2.4 幾種柔性鉸鏈的性能比較22-26
• 2.5 圓角直梁型柔性鉸鏈的尺寸優(yōu)化26-30
• 2.6 圓角直梁型柔性鉸鏈的仿真與實驗驗證30-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 第3章 并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化與性能分析34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計34-36
• 3.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動學(xué)模型的建立36-37
• 3.4 并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化37-42
• 3.4.1 優(yōu)化問題的定義38-39
• 3.4.2 優(yōu)化問題的求解39-41
• 3.4.3 最優(yōu)解的提取41-42
• 3.5 并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)的性能分析42-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 實驗系統(tǒng)構(gòu)建與實驗驗證47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)建47-48
• 4.3 并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計48-50
• 4.4 并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)性能測試實驗50-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62-64
• 致謝64

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本文編號：289813