基于混合约束的并联柔顺机构构型方法研究

发布时间：2017-07-15 11:34

  本文关键词：基于混合约束的并联柔顺机构构型方法研究

  更多相关文章： 并联柔顺机构 性能指标 综合 优化

【摘要】：近年来,随着科学技术的快速发展,柔顺机构已经在微机电系统、机器人、航空航天等领域具有潜在的应用。目前,随着柔顺机构工作环境的复杂化以及工作要求的提高,仅考虑单一物理场、追求单项性能指标最优,很难实现机构的设计要求,因此迫切需要有效的设计方法来解决以上问题。本文提出了一种综合考虑几何约束、物理约束和性能约束的多自由度并联柔顺机构混合约束综合方法,并从以下几个方面展开研究:基于并联柔顺机构的自由度和约束空间拓扑法,构建了并联柔顺机构的自由度空间、约束空间和子约束空间。推导出并联柔顺机构柔顺单元的刚度矩阵,进而得出了并联柔顺机构的整体刚度矩阵。研究了并联柔顺机构的力和力矩的各向同性度和灵敏度性能指标。考虑柔顺机构因受温度场的影响而产生热变形,建立了并联柔顺机构热平衡方程,求解出力等效结点热载荷和力矩等效结点热载荷。以等效结点热载荷为约束条件,分别以灵敏度和各向同性度为目标函数,建立圆柱形柔顺单元、正方形柔顺单元和片形柔顺单元的优化模型,并通过该优化模型开发出可视化的多自由度并联柔顺机构设计软件。利用可视化的并联柔顺机构设计软件,以力灵敏度和力矩灵敏度为目标函数对并联柔顺机构参数进行了多目标优化,应用优化后的参数对并联柔顺机构样机进行有限元仿真,通过模态分析得出前三阶固有频率和主要振型。研制出的三自由度并联柔顺机构样机,通过静态实验研究分析了并联柔顺机构样机,得出了输出位移的线性度,并显示出良好的线性特性。采用锤击法对并联柔顺机构进行模态实验分析,得出了并联柔顺机构在X轴、Y轴和Z轴方向上的幅频和相频特性。
【关键词】：并联柔顺机构 性能指标 综合 优化
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 柔顺机构构型方法及存在的问题10-14
• 1.3 柔顺机构的应用14
• 1.4 课题主要研究内容、方法及组织框图14-16
• 本章小结16-17
• 第二章 柔顺机构自由度与约束空间综合方法17-31
• 2.1 螺旋理论基础17-19
• 2.1.1 运动螺旋和力螺旋17-18
• 2.1.2 运动螺旋和力螺旋的关系18-19
• 2.2 自由度和约束空间19-25
• 2.2.1 自由度空间19-21
• 2.2.2 约束空间21-25
• 2.3 并联柔顺机构刚度矩阵25-30
• 2.3.1 并联柔顺机构柔顺单元的刚度矩阵25-29
• 2.3.2 并联柔顺机构的整体刚度矩阵29-30
• 本章小结30-31
• 第三章 性能与温度约束作用下的柔顺机构参数优化31-51
• 3.1 误差分析31-33
• 3.2 柔顺机构各向同性33-34
• 3.3 柔顺机构各向同性度34
• 3.4 柔顺机构灵敏度34-35
• 3.5 并联柔顺机构热固耦合分析35-38
• 3.5.1 并联柔顺机构热平衡方程35-37
• 3.5.2 等效结点热载荷求解37-38
• 3.6 并联柔顺机构多目标优化设计38-48
• 3.6.1 多目标优化问题描述38-39
• 3.6.2 多目标优化求解方法39-40
• 3.6.3 灵敏度优化模型建立40-44
• 3.6.4 各向同性度优化模型建立44-48
• 3.7 并联柔顺机构可视化软件界面48-49
• 本章小结49-51
• 第四章 空间三自由度并联柔顺机构样机研制51-68
• 4.1 并联柔顺机构样机设计51-56
• 4.2 并联柔顺机构模态分析56-59
• 4.2.1 模态分析理论基础56-58
• 4.2.2 并联柔顺机构有限元模态仿真分析58-59
• 4.3 并联柔顺机构静态实验59-63
• 4.4 并联柔顺机构模态实验63-67
• 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-72
• 致谢72-73

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本文编号：543692