面向汽车柔性装配的并联机构性能优化与可靠性研究

发布时间：2017-10-09 10:28

  本文关键词：面向汽车柔性装配的并联机构性能优化与可靠性研究

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【摘要】：本论文面向汽车自动化装配制造领域的实际应用需求,将具有位姿能力的少自由度并联机构应用于白车身柔性装配输送定位装备的研发,提出了基于3-PUU型三平动自由度并联机构的柔性输送定位单元,对该并联机构进行运动学分析、多目标尺度综合和性能评价研究,同时考虑不确定因素的影响,对该并联机构进行了可靠性和稳健性分析,为研发具有自主知识产权的汽车柔性制造装备奠定理论与技术基础。主要内容包括:(1)依据白车身柔性装配的任务需求特性,对白车身输送定位机构及整体系统进行总体设计,提出基于3-PUU型三自由度并联机构的四点支撑白车身输送定位整体布局方案构建由4个并联机器人模块组成的六自由度柔性输送定位平台。(2)对3-PUU型三自由度并联机器人机构进行运动学分析,基于矢量法和坐标变换理论建立该型并联机构的运动学逆解模型,,利用速度影响系数法推导出机构的速度雅可比矩阵,建立机构的运动学模型。考虑3-PUU型并联机构的服役环境与功能需求,建立了工作空间、运动灵巧性、刚度、承载能力和精度等性能评价指标。(3)开展并联机构的工作性能多目标优化研究,建立了该机构的多目标优化设计数学模型,基于Isight-PE的全局多目标梯度混合算法,对设计空间进行Pareto搜索,最后从Pareto解集中选取机构的最优Pareto解。在建立机构局部性能指标和全局性能指标的基础上,本文提出最优工作区域的概念,根据局部性能指标的范围及全域性能指标的取值,定义约束条件,在工作空间中筛选出满足约束条件的位姿集合点,建立了该机构灵巧度、刚度、承载能力、精度的最优工作区域。(4)并联机构的可靠性稳健性分析。综合考虑了机构的杆长误差、驱动副误差、铰点误差等,建立了基于运动精度的可靠性模型和稳健性模型,考虑机构运动过程中的不确定性因素,对机构进行了可靠性稳健性分析。(5)基于Recur Dyn的虚拟样机设计。结合工程实际,把在Solid Works中建好的柔性系统的三维模型导入到Recur Dyn仿真软件中,对虚拟样机仿真模型添加约束、运动副以及接触,结合工程实际需求对其进行运动学仿真分析。面向汽车制造业的发展与并联机器人的创新应用,本文提出的基于3-PUU并联机构的白车身柔性装配输送定位系统具有较好的创新性,同时具有较强的科学研究意义与工程实用价值。
【关键词】：3-PUU型并联机构 白车身 性能指标 多目标优化 可靠性分析 稳健性分析
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U468.2
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 选题背景及意义13-14
• 1.2 白车身柔性输送定位系统的总体设计方案14-16
• 1.3 国内外车身柔性装配系统的研究现状16-19
• 1.4 并联机构国内外研究现状综述19-23
• 1.4.1 并联机构运动学分析19
• 1.4.2 并联机构性能评价体系19-22
• 1.4.3 并联机构的尺度综合22
• 1.4.4 并联机构运动精度可靠性和田.稳健性分析22-23
• 1.5 本文主要的研究内容23-25
• 1.6 本章小结25-26
• 第2章 3-PUU并联机构的运动学分析26-30
• 2.1 引言26
• 2.2 3-PUU并联机构结构分析26-28
• 2.2.1 3-PUU型并联机构模型概述26-27
• 2.2.2 3-PUU并联机构自由度分析27-28
• 2.3 3-PUU并联机构的运动学模型28-29
• 2.3.1 3-PUU并联机构位置逆解建模28-29
• 2.3.2 3-PUU并联机构的雅可比矩阵29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 3-PUU并联机构运动学性能评价指标研究30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 并联机构的工作空间30-35
• 3.2.1 并联机构工作空间的主要影响因素30-32
• 3.2.2 工作空间的极限搜索法32-35
• 3.3 并联机构的灵巧度35
• 3.4 并联机构的刚度指标35-36
• 3.5 并联机构的承载能力36-38
• 3.6 并联机构的精度38-41
• 3.6.1 并联机构的几何误差建模38-39
• 3.6.2 并联机构精度指标的建立39-41
• 3.6.2.1 误差方向敏感度39-40
• 3.6.2.2 综合误差敏感度40
• 3.6.2.3 绝对误差敏感度40
• 3.6.2.4 误差的综合评价指标40-41
• 3.7 应用算例与性能分析41-46
• 3.7.1 工作空间分析41-42
• 3.7.2 运动灵巧度分析42-43
• 3.7.3 刚度分析43-44
• 3.7.4 承载能力分析44-45
• 3.7.5 精度分析45-46
• 3.8 本章小结46-47
• 第4章 3-PUU并联机构尺度综合47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 Pareto多目标优化理论47
• 4.3 多目标优化设计的数学模型47-58
• 4.3.1 设计变量的选择48
• 4.3.2 约束条件的选择48-49
• 4.3.3 目标函数的建立49
• 4.3.4 优化求解方法的选择49-50
• 4.3.5 优化求解及结果分析50-54
• 4.3.6 3-PUU并联机构的最优工作区域54-58
• 4.3.6.1 3-PUU并联机构的灵巧度最优区域54-55
• 4.3.6.2 3-PUU并联机构的刚度最优区域55-56
• 4.3.6.3 3-PUU并联机构的承载能力最优区域56-57
• 4.3.6.4 3-PUU并联机构精度的最优区域57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 3-PUU并联机构可靠性稳健性研究59-77
• 5.1 引言59
• 5.2 机构可靠性指标和可靠度59-60
• 5.3 静态可靠度分析60-64
• 5.4 动态运动可靠性分析64-65
• 5.5 稳健性设计理论65-70
• 5.5.1 质量损失函数66
• 5.5.2 稳健性设计的基本目标66-67
• 5.5.2.1 静态特性评价指标66
• 5.5.2.2 动态特性评价指标66-67
• 5.5.3 田口方法67-70
• 5.5.3.1 正交实验设计68-69
• 5.5.3.2 信噪比69-70
• 5.6 田.稳健性算例分析70-76
• 5.7 本章小结76-77
• 第6章 柔性输送定位系统的虚拟样机研究77-86
• 6.1 引言77
• 6.2 柔性输送系统的虚拟样机仿真建模77-80
• 6.2.1 约束设置78-79
• 6.2.2 驱动函数设置79-80
• 6.3 虚拟样机的仿真实验80-85
• 6.3.1 运动学逆解分析80-83
• 6.3.2 运动学正解分析83-85
• 6.4 本章小结85-86
• 第7章 全文总结与展望86-88
• 7.1 全文总结86-87
• 7.2 展望87-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-95
• 作者简介95-96
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果96-98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：999658