六自由度并联机构的仿真与结构优化

发布时间：2017-05-18 14:16

  本文关键词：六自由度并联机构的仿真与结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：六自由度并联机构即为Stewart并联机构。与串联机构相比，并联机构具有精度高，刚度大，承载能力强，动态响应速度快以及累积误差小等优点，使其成为近年来国内外学者研究的热点方向，并且被广泛应用到机器人，并联机床和航空宇航等领域。虽然Stewart并联机构具有上述很多优点，但其自身具有明显的缺点，由于其结构的特殊性，，作动器之间具有强烈的耦合运动特性，这就导致并联机构容易产生奇异位形、灵活性差等缺点。为了尽量避开或减少上述缺点对机构性能的影响，需要对Stewart并联机构进行结构优化，那么对Stewart并联机构的运动学和动力学特性作深入的了解是必不可少的。 本文首先对Stewart并联机构进行了运动学和动力学分析，通过运动学反解的方式推导出Stewart并联机构的运动学方程。运用Newton-Euler法建立了单刚体动力学方程，运用简便的Kane方法建立了多刚体动力学方程。并且提出了Stewart并联机构性能的评价指标，为结构优化做好理论准备。 其次，运用ADAMS软件对Stewart并联机构进行了参数化建模，进行了运动学与动力学仿真。将ADAMS仿真的结果与理论计算的结果进行比较，验证了单刚体动力学模型和多刚体动力学模型的正确性。 最后，对Stewart并联机构进行结构优化。优化之前先定性地分析了并联机构结构参数对系统性能的影响，确定了结构参数的优选范围。然后以经济性为优化目标，利用遗传算法对目标函数进行自动寻优，得到了一组具体的优化结果，并将优化后的结果与优化前进行了对比分析。
【关键词】：Stewart并联机构 ADAMS仿真 遗传算法 结构优化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.2 并联机构国内外发展现状10-16
• 1.2.1 发展概述10-13
• 1.2.2 结构优化的国内外发展现状13-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 并联机构运动学和动力学分析18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 并联机构运动学分析18-23
• 2.2.1 坐标系的建立18-19
• 2.2.2 旋转运动描述19-20
• 2.2.3 运动学反解20-23
• 2.2.4 运动学正解23
• 2.3 并联机构动力学分析23-28
• 2.3.1 单刚体动力学24-25
• 2.3.2 多刚体动力学25-28
• 2.4 并联机构性能指标28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 ADAMS 参数化建模与仿真分析30-50
• 3.1 引言30
• 3.2 ADAMS 参数化建模30-34
• 3.3 ADAMS 模型仿真分析34-49
• 3.3.1 ADAMS 模型运动学仿真34-42
• 3.3.2 ADAMS 模型动力学仿真42-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 六自由度并联机构的结构优化50-65
• 4.1 引言50
• 4.2 优化设计变量选取及其对性能影响50-55
• 4.2.1 优化设计变量的选取50-51
• 4.2.2 结构参数变化对性能的影响51-55
• 4.3 优化目标与约束条件的选取55-57
• 4.3.1 目标函数的建立55-56
• 4.3.2 选取约束条件56-57
• 4.4 利用遗传算法结构优化57-63
• 4.4.1 遗传算法简述57-59
• 4.4.2 遗传算法优化计算59-61
• 4.4.3 遗传算法优化结果分析61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 结论65-66
• 参考文献66-71
• 致谢71

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