二维平动并联微定位平台的结构设计与参数优化

发布时间：2020-07-12 14:20

【摘要】： 以无摩擦无间隙、响应快、结构紧凑、误差积累小等优点而得到重视和应用的全柔性微动并联机构因为采用了全柔性关节代替了传统的运动副,其设计和分析方法与宏动并联机构存在一定的区别。本文从微动并联机构结构设计和性能分析的角度,在柔性运动副的柔度计算、整体机构的运动学与静力学性能分析、误差分析与结构参数优化等方面对一种新型二维平动并联微定位平台进行了较为细致和深入的研究。具体内容如下： 第一,分析了微定位平台的机构自由度与运动输出特性,利用伪刚体模型法和微分运动系统分析法的简化方法建立了机构的位置、速度正反解方程,给出了机构工作空间的形状,分析了工作空间的面积与结构参数的关系。 第二,利用卡氏第二定理建立了弹性平行板移动副在工作平面内的柔度计算公式,分析了各方向柔度系数随移动副结构参数的变化规律；利用ANSYS软件建立弹性平行板移动副的有限元模型进行仿真分析,并与传统柔度计算公式进行了比较,验证了推导的计算公式具有比较高的计算精度。在此基础上根据能量原理和虚功原理分别求出了微定位平台整体机构的柔度矩阵与静刚度矩阵,并得出了两者间的雅可比矩阵映射关系。 第三,分别从基于运动学分析的理论模型误差和基于刚度矩阵的加工误差两方面建立了微定位平台的误差分析模型,综合分析了各结构参数对微定位平台定位精度的影响,确定了影响定位精度的主要因素。 第四,以整体机构的刚度最小和定位精度最高为优化目标,建立了多目标优化数学模型,利用遗传算法对数学模型进行求解,得到了满足目标函数的最优结构尺寸。 通过以上的分析和研究,确定了二维平动并联微定位平台的设计方案；对机构运动学、静力学以及精度特性的分析为后续机构动力学特性研究与控制系统设计提供了理论基础。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH112
【图文】：

其中并联机构的位置正反解分析是运动学分析的基本内容，是并联机构运动学与动力学分析、工作空间分析、误差分析和机构综合等的基础。本课题所研究的两自由度微定位平台结构比较简单，机构输出为二维平动的平面运动，此处采用伪刚体模型法建立其运动学模型。伪刚体模型的建立方法是将机构的柔性移动副和转动副分别用普通移动副和转动副替代，并在各运动副上施加拉伸弹簧和扭转弹簧以替代柔性运动副在功能方向上的刚度。对于运动学分析可以忽略柔性铰链刚度的影响，这样微动并联机构的运动学分析方法就与普通并联机构基本相同。2.2机构描述与自由度分析2.2.1机构结构描述二维微定位平台的实体模型如图2一1a所示，图2一lb为二维微定位平台的伪刚体模型，弹性平行板移动副由普通移动副加拉压弹簧组成，柔性转动副由普通转动副加扭转弹簧组成。

图3一4柔性转动副功能方向上的位移云图给出了在儿组不同驱动力作用下利用ANSYS软件分析得到的结果，并给出了理论计算的相对误差。表3一1柔性转动副功能方向上的位移分析月/N150225300375450

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本文编号：2752079