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(jì)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(duì)少自由度、高精密的指向機(jī)構(gòu)的需求越來(lái)越大。為了保證任務(wù)實(shí)施的準(zhǔn)確性和可靠性，本文設(shè)計(jì)的指向機(jī)構(gòu)需要滿足如下要求：重復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于超精密機(jī)構(gòu)中。柔性鉸鏈通過(guò)材料的彈性變形實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)，具有無(wú)間隙、無(wú)摩擦、無(wú)需潤(rùn)滑的特性，被用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性運(yùn)動(dòng)副。采用疊堆壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(jì)的機(jī)構(gòu)采用柔性鉸鏈作為被動(dòng)關(guān)節(jié)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為主要構(gòu)型，通過(guò)六個(gè)獨(dú)立的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器來(lái)調(diào)整指向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)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(diǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)中心的柔度矩陣。在提出3個(gè)評(píng)價(jià)柔性鉸鏈性能優(yōu)劣的指標(biāo)（轉(zhuǎn)動(dòng)能力、相對(duì)柔度和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)誤差）的基礎(chǔ)上，對(duì)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(jì)一種新型圓角直梁型柔性鉸鏈，通過(guò)分析3個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)(r0、d和l)以及加工誤差參數(shù)(η)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，得出各參數(shù)的優(yōu)化區(qū)域。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果、有限元分析結(jié)果以及理論求解值，得出相對(duì)誤差在5%以內(nèi)，從而驗(yàn)證了力學(xué)模型的正確性。 在建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)之上，對(duì)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(yùn)動(dòng)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(guò)權(quán)函數(shù)對(duì)優(yōu)化種群遍歷，從而獲取最優(yōu)解，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)在理論上滿足角位移和角分辨率的要求。針對(duì)理論設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)構(gòu)的工作空間、剛度、強(qiáng)度以及模態(tài)進(jìn)行了評(píng)估，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的可行性。 最后，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果搭建機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的控制器對(duì)陶瓷進(jìn)行閉環(huán)控制，最終的指向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)、機(jī)構(gòu)、檢測(cè)一體化的整體集成。根據(jù)測(cè)量方案，，完成對(duì)相關(guān)測(cè)試點(diǎn)的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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(dòng) 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 柔性鉸鏈及壓電驅(qū)動(dòng)的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)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(píng)價(jià)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jì)34-36
• 3.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(wèn)題的定義38-39
• 3.4.2 優(yōu)化問(wèn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jì)48-50
• 4.4 并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)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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1 董易;高峰;岳義;;3-PRR微動(dòng)操作機(jī)器人剛度及工作空間分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2011年02期

2 晁代宏,劉榮,吳躍民,石龍;平面3自由度柔順微動(dòng)機(jī)器人加工誤差分析[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2005年07期

3 李團(tuán)結(jié),張學(xué)鋒,劉軍;平面3自由度柔性鉸鏈并聯(lián)機(jī)器人的平衡構(gòu)形[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2004年05期

4 劉玉旺;余曉流;儲(chǔ)劉火;馬欣藝;;并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間及參數(shù)優(yōu)化研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2006年02期

5 ;《CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING》(中國(guó)機(jī)械工程學(xué)報(bào),原《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》英文版)2009年第22卷第6期目次、摘要預(yù)告[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2009年12期

6 于靖軍,宗光華,畢樹生,趙瑋;納米級(jí)精度柔性機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法及實(shí)現(xiàn)研究[J];中國(guó)機(jī)械工程;2002年18期

7 許瑛;付廷貴;彭應(yīng)龍;;空間3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的影響系數(shù)分析[J];機(jī)械制造;2007年07期

8 曹永剛;張玉茹;馬運(yùn)忠;;6-RSS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間分析與參數(shù)優(yōu)化[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2008年01期

9 王紀(jì)武,陳懇,李嘉,劉峰;典型柔性鉸鏈精度性能的研究[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年11期

10 吳鷹飛,周兆英;柔性鉸鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算[J];工程力學(xué);2002年06期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳貴敏;賈建援;劉小院;勾燕潔;;柔性鉸鏈精度特性研究[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第六屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

2 陳貴敏;賈建援;勾燕潔;;混合型柔性鉸鏈研究[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第六屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004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 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

5 吳宇列;吳學(xué)忠;李圣怡;;并聯(lián)機(jī)構(gòu)位形空間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究[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

6 余曉芬;魏玉鳳;;用有限元分析實(shí)現(xiàn)六自由度微動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[A];全國(guó)生產(chǎn)工程第九屆年會(huì)暨第四屆青年科技工作者學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（二）[C];2004年

7 范守文;徐禮鉅;;1PP+4TPS型空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置正解[A];第十四屆全國(guó)機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)暨第二屆海峽兩岸機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2004年

8 徐東光;吳盛林;袁立鵬;;一種增大6-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間有效方法的研究[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（上）[C];2005年

9 孟飛;;極限邊界搜索實(shí)現(xiàn)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間分析[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第五屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

10 沙巍;陳長(zhǎng)征;;基于OptiStruct的次鏡組件柔性鉸鏈[A];結(jié)構(gòu)及多學(xué)科優(yōu)化工程應(yīng)用與理論研討會(huì)’2009（CSMO-2009）論文集[C];2009年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 本報(bào)記者 由慶祝;國(guó)內(nèi)首臺(tái)新型并聯(lián)機(jī)床在哈量下線[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2007年

2 ;清華大學(xué)齊二機(jī)床聯(lián)合研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)重型混聯(lián)機(jī)床[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

3 柯葆;國(guó)內(nèi)首臺(tái)重型混聯(lián)機(jī)床問(wèn)世[N];中國(guó)船舶報(bào);2008年

4 本報(bào)記者 由慶祝;哈量研制出國(guó)際頂級(jí)LINKS-EXE700并聯(lián)機(jī)床[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2007年

5 本報(bào)記者 蘭海俠;五強(qiáng)聯(lián)手 新一代并聯(lián)機(jī)床試水中國(guó)市場(chǎng)[N];機(jī)電商報(bào);2007年

6 中國(guó)工程院院士　周勤之;制造業(yè)：生產(chǎn)物質(zhì)財(cái)富的產(chǎn)業(yè)[N];中華讀書報(bào);2003年

7 郭瑩;奧索漢泰AutoFlow工作流做引擎[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2003年

8 陳循介;美國(guó)機(jī)床技術(shù)為何在世界領(lǐng)先[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2001年

9 記者 張亞德　姚琳;市領(lǐng)導(dǎo)走訪慰問(wèn)知名專家學(xué)者[N];保定日?qǐng)?bào);2009年

10 本報(bào)記者 嚴(yán)曼青;并聯(lián)機(jī)床:實(shí)質(zhì)運(yùn)作 多家競(jìng)爭(zhēng)[N];機(jī)電商報(bào);2009年

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1 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

2 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

3 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

4 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

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8 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

9 胡波;基于約束力/矩的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論研究[D];燕山大學(xué);2010年

10 孫濤;少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[D];天津大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 史若沖;精密柔性并聯(lián)指向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與系統(tǒng)研制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 岳擴(kuò)明;3-RPC并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)分析與仿真[D];燕山大學(xué);2010年

3 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

4 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

5 陳茂圣;基于三并聯(lián)萬(wàn)向腕關(guān)節(jié)和二并聯(lián)機(jī)構(gòu)的混聯(lián)機(jī)構(gòu)的誤差研究[D];東北大學(xué);2010年

6 田冠男;一種含非對(duì)稱主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈的新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究[D];天津大學(xué);2005年

7 衛(wèi)進(jìn);基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)新型液壓支架的研究[D];太原理工大學(xué);2005年

8 喬冬冬;高速細(xì)長(zhǎng)桿支撐并聯(lián)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[D];蘇州大學(xué);2012年

9 楊峰;一種可變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多維隔振平臺(tái)研究[D];山東大學(xué);2013年

10 吳筱春;6-PUS并聯(lián)機(jī)器人數(shù)字化樣機(jī)的研究[D];河海大學(xué);2004年

  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(jì)與系統(tǒng)研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：289813