3-PSP并联机构的刚度性能及优化研究

发布时间：2017-04-05 01:03

  本文关键词：3-PSP并联机构的刚度性能及优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：3-PSP并联机构是一种对称型的三自由度并联机构,具有刚度大、精度高、易于反馈控制等优点,可应用于微型雕刻、转动平台等方面。本文研究了3-PSP并联机构的运动学性能及仿真、刚度性能及优化。首先,根据3-PSP并联机构的特点,运用坐标变换法建立机构模型,并推导机构的运动学逆解,用Adams软件对机构的运动特性进行了仿真;使用闭环矢量法推导机构运动学约束方程,求导得机构速度映射方程,并推导得到机构的完整雅可比矩阵和无量纲雅可比矩阵;基于该机构的运动学逆解,采用数值法得到机构的可达工作空间。其次,对3-PSP并联机构的刚度进行了分析。忽略一些次要因素的情况下,推导了3-PSP并联机构的刚度矩阵模型。对3-PSP并联机构的传统刚度矩阵和守恒协调转换刚度矩阵进行了分析与比较。对于传统刚度矩阵,研究了动平台参考点与静平台参考点距离不变的情况下,刚度在不同方向上的刚度映射分布情况;对于基于守恒协调转换刚度矩阵,研究了同样情况下,刚度在不同方向上的刚度映射分布情况;研究了机构只受外力影响而不考虑机构内力影响的情况下的刚度特性。最后,对3-PSP并联机构的性能参数进行了优化设计。主要针对运动学性能和刚度性能进行优化设计,选定的优化指标为机构工作空间和机构体积的比值、垂直于静平台方向的刚度映射以及雅克比矩阵条件数;进行了优化方法的比较,选择遗传算法实现并联机构的多性能优化设计;使用Matlab编程,完成了机构的优化设计,并对优化前后机构的性能进行了对比。结果表明,优化后机构性能有了显著提高。
【关键词】：3-PSP 并联机构 运动学 刚度 优化设计
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 选题依据和背景9-10
• 1.2 三自由度并联机构研究现状及分析10-16
• 1.2.1 运动学性能研究10-13
• 1.2.2 刚度性能研究13-14
• 1.2.3 并联机构多目标优化设计14-16
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 2 3-PSP并联机构的构型及运动学分析18-35
• 2.1 3-PSP并联机构构型18-19
• 2.2 3-PSP并联机构的坐标系建立19-20
• 2.3 3-PSP并联机构的位置逆解20-23
• 2.4 3-PSP并联机构的速度映射方程23-26
• 2.5 3-PSP并联机构的可达工作空间26-29
• 2.6 3-PSP并联机构运动学仿真29-34
• 2.6.1 仿真步骤29
• 2.6.2 三维模型创建29
• 2.6.3 导入模型、添加约束29-31
• 2.6.4 运动学逆解仿真31-34
• 2.7 本章小结34-35
• 3 3-PSP并联机构的刚度求解及分析35-50
• 3.1 3-PSP并联机构刚度模型的建立35-36
• 3.2 3-PSP并联机构的静刚度模型36-38
• 3.3 3-PSP 并联机构的刚度映射38-48
• 3.4 3-PSP并联机构的刚度特性分析48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 3-PSP并联机构多性能优化设计50-62
• 4.1 主要优化性能的选择50
• 4.2 3-PSP并联机构多性能优化设计算例50-56
• 4.2.1 设计变量的选取50-51
• 4.2.2 约束条件的选择51
• 4.2.3 目标函数的建立51-56
• 4.3 优化方法的选择56-58
• 4.4 优化求解及结果分析58-61
• 4.4.1 优化求解59-60
• 4.4.2 结果分析60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 总结与展望62-64
• 5.1 论文总结62
• 5.2 工作展望62-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

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本文编号：286186