3UPS-PU并联机构运动及可靠性特性研究

发布时间：2017-06-16 09:06

  本文关键词：3UPS-PU并联机构运动及可靠性特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文基于3UPS-PU并联机构的姿态调整试验装置,研究其运动学、动力学、误差以及可靠性特性,为优化机构结构以及提高运动精度提供理论支持。主要完成以下几个方面的工作:(1)描述3UPS-PU并联机构的结构,分析其所能实现的自由度,在此基础上,依据并联机构的输入输出特点,由并联机构的封闭矢量理论公式构建分支链的逆解计算方程,推导出该机构的完整运动学逆解,并由逆解数据求出三个驱动杆的杆长表达式。然后运用Adams仿真分析机构在典型工况下的运动学逆解,将仿真结果与Matlab计算的运动学逆解理论结果进行比较,从而证明运动学逆解模型的准确性。利用一阶运动影响系数法,构建可用于欧拉角转速形式的3×3雅可比矩阵,验证机构的关节空间与工作空间速度的一一对应关系,从而实现对动平台速度的规划和控制。借助数值法分析其运动学正解,得到姿态随杆长的变化规律。采用Matlab对运动学正解进行仿真,得到运动学正解曲线,对比运动学逆解的数据,证明运动学正解模型的准确性。(2)通过虚功原理法进行动力学分析,构建动平台的运动参数与驱动力之间的动力学关系模型。最后对典型工况进行Matlab和Adams仿真验证,获得驱动杆的杆长和驱动力的变化规律,且仿真结果的误差非常小,进一步检验了分析方法的准确性和可行性。(3)首先阐述了误差的基本概念及其来源,进而通过矩阵微分法构建机构的误差分析模型,结合体积误差与位姿误差中的单一元素,从宏观和微观上分别验证了误差模型的正确性。利用误差模型对机构进行单项误差分析,得到机构的主要误差影响因素,从而为并联机构的零部件制造公差以及装配等级的选取提供可靠的依据。然后对机构的铰链间隙误差进行分析和计算。最后探讨和比较了并联机构误差补偿的软件法和硬件法,为机构误差的补偿以及运动精度的提高奠定基础。(4)分析了机构的运动可靠性。首先论述了可靠性工程的基本概念及分析运动可靠性的意义,剖析影响机构可靠性的主要因素,指出多种计算可靠度的方法,并对不同方法的优劣势进行了客观的评价。最后采用蒙特卡洛模拟法建立了基于尺寸和运动副间隙误差的运动可靠性数学模型。
【关键词】：并联机构 运动学 动力学 误差 可靠性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 本文研究的背景与意义8-9
• 1.2 并联机构的发展现状及应用9-15
• 1.2.1 并联机构的发展9-11
• 1.2.2 并联机构的应用11-15
• 1.3 并联机构理论研究概述15-19
• 1.3.1 并联机构的运动学分析15-16
• 1.3.2 并联机构的动力学分析16-17
• 1.3.3 并联机构的误差分析与补偿17-18
• 1.3.4 并联机构的可靠性分析18-19
• 1.4 本文研究内容19-22
• 2 3UPS-PU并联机构的运动学及动力学分析22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 3UPS-PU并联机构的运动学分析22-32
• 2.2.1 机构描述22
• 2.2.2 机构自由度分析22-23
• 2.2.3 位置逆解23-24
• 2.2.4 雅可比矩阵的求解24-26
• 2.2.5 位置正解26-27
• 2.2.6 系统运动学仿真27-32
• 2.3 3UPS-PU并联机构的动力学分析32-35
• 2.3.1 并联机构各构件受力情况分析32-33
• 2.3.2 系统动力学方程33-34
• 2.3.3 系统动力学仿真34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 3UPS-PU并联机构的误差分析36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 机构误差分析36-47
• 3.2.1 误差的基本概念36
• 3.2.2 误差的来源36-38
• 3.2.3 机构的运动学误差分析模型38-41
• 3.2.4 机构误差模型的验证41-44
• 3.2.5 单项误差分析44-45
• 3.2.6 铰链间隙误差分析45-47
• 3.3 误差补偿方法47-52
• 3.3.1 机构实际参数识别47-48
• 3.3.2 误差补偿的软件法48-50
• 3.3.3 误差补偿的硬件法50-52
• 3.4 本章小结52-54
• 4 3UPS-PU并联机构的可靠性分析54-62
• 4.1 机构可靠性的定义及影响因素54-55
• 4.2 机构的可靠性分析55-60
• 4.2.1 机构的可靠度R55-56
• 4.2.2 计算可靠度的方法56-57
• 4.2.3 机构可靠性通用数学模型57-58
• 4.2.4 机构运动可靠性数学模型58-60
• 4.3 本章小结60-62
• 5 总结与展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-70
• 附录A 作者在攻读学位期间发表的论文目录70

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本文编号：454959