5-DOF光栅拼接并联装置的优化设计与实验验证

发布时间：2017-10-10 07:40

  本文关键词：5-DOF光栅拼接并联装置的优化设计与实验验证

  更多相关文章： 光栅拼接 并联机构 型综合 机构优化

【摘要】：随着新能源、天文物理学等领域的发展,大尺寸光栅的制取得到国内外学者的高度重视。大尺寸光栅常采用多块小口径光栅机械式拼接的方法制备。并联机构具有刚度大、承载能力强、响应速度快、精度高等优点,被广泛用于光栅机械式拼接装置中。目前光栅拼接并联机构设计理论研究较少,因此从理论上对光栅拼接并联机构的设计进行研究具有重要的现实意义和研究价值。首先根据光栅拼接对机构自由度及运动性质的要求,基于虚拟链法进行并联机构的构型综合,得到所有满足要求的构型。然后考虑拼接过程中大负载、高精度、高稳定性的要求,同时兼顾制造装配的难易程度、经济性等方面的因素,通过确定运动链类型、运动支链的数目及形式,最终得到最优的机构构型。依据光栅拼接的机构优化要求,以姿态角为0时的内接矩形面积及基于雅可比矩阵的刚度矩阵模型分别建立光栅拼接机构的工作空间及刚度目标函数;以并联机构的结构参数为结合点,分析各结构参数对优化目标函数的影响,选取对工作空间和刚度目标函数影响大的结构参数作为优化的变量对光栅拼接机构进行结构优化,得到满足工作空间的刚度最大的一组结构参数作为结构设计的依据。以机构优化中对支链长度及铰链点的布局优化为基础,确定主动支链、动平台及框架部分的结构尺寸,完成光栅拼接并联实验装置设计。首先对机构的支链及柔性部件进行设计计算和力学分析。然后对拼接机构的整体模型进行静力仿真和模态仿真,分析机构的可行性。最后通过比较不同的被动支撑位置对机构静力变形和模态的影响,对被动支链进行优化,得到光栅拼接并联装置整体优化的结果。完成压电陶瓷微驱动模块的位移特性测试实验,并对微驱动模块的输入、输出特性进行分析。对光栅拼接并联装置进行运动精度控制实验与稳定性测试实验,实验结果表明光栅拼接并联装置的运动精度与稳定性所满足实际工程的要求。
【关键词】：光栅拼接 并联机构 型综合 机构优化
【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】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 机械式光栅拼接研究现状9-12
• 1.3 并联机构构型综合及应用研究现状12-14
• 1.4 目前存在的问题14
• 1.5 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 光栅拼接并联机构构型综合及优选16-26
• 2.1 基于虚拟链法的构型综合理论基础16-18
• 2.1.1 旋量理论简介16-17
• 2.1.2 虚拟链法简介17-18
• 2.2 PPS型并联机构构型综合18-24
• 2.2.1 根据运动螺旋系确定约束螺旋系18-19
• 2.2.2 约束旋量系分解及组合19-20
• 2.2.3 运动链分支的组装20-23
• 2.2.4 机构驱动副的选取23-24
• 2.3 并联机构构型优选24-25
• 2.3.1 选择主被动运动支链类型24
• 2.3.2 确定主被动支链数目和形式24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 光栅拼接并联机构结构参数优化26-37
• 3.1 光栅拼接机构优化目标选取26-30
• 3.1.1 稳定性目标分析26-29
• 3.1.2 工作空间目标分析29-30
• 3.2 优化目标函数确定30-33
• 3.2.1 刚度的目标函数确定30-32
• 3.2.2 工作空间的目标函数确定32-33
• 3.3 优化变量选取及性能分析33-36
• 3.3.1 光栅拼接机构结构变量的确定33-34
• 3.3.2 刚度和工作空间性能分析34-35
• 3.3.3 优化变量的选取和求解35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 光栅拼接并联装置的结构设计及优化37-50
• 4.1 关键部件结构设计与分析37-43
• 4.1.1 支链结构设计38-40
• 4.1.2 柔性部件的结构设计与分析40-43
• 4.2 光栅拼接并联装置的有限元分析43-47
• 4.2.1 光栅拼接并联装置的静力分析43-45
• 4.2.2 光栅拼接并联装置的模态分析45-47
• 4.3 光栅拼接装置的结构优化47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 光栅拼接并联装置运动性能实验50-56
• 5.1 微驱动模块运动测试实验50-52
• 5.2 运动精度测试实验52-54
• 5.3 稳定性测试实验54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 致谢62

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本文编号：1005177