一种空间三自由度柔顺并联精密定位平台的设计与分析

发布时间：2021-04-29 11:56

　　随着精密制造业的发展,精密定位技术作为其核心技术被广泛地应用于建筑行业、国防工业、微机电系统以及医疗领域中,其定位精度的高低影响着精密制造的总体水平。基于传统并联机构的精密定位平台,由于刚性运动副间存在间隙以及摩擦、磨损等因素的影响使得其已经无法在长时间内保证超高的定位精度,而柔顺机构由于机构内无摩擦、磨损等特点近年来被广泛地应用在精密定位平台的设计中。本文综合考虑柔顺机构与并联机构的特点,以3-PRC型刚性并联机构为原型,引入柔性支链,设计了一种3-PRC型柔性并联机构,并采用柔性铰链替代法对其改进,设计了一种以集中柔度式全柔顺并联机构为传动部件的精密定位平台,在此基础上采用连续体结构拓扑优化法对其进行优化设计,开发了一种新的分布柔度式全柔顺并联精密定位平台,并对以上三种精密定位平台进行了静力学与动力学仿真分析。研究表明,基于分布柔度式全柔顺并联机构的精密定位平台在机构的刚度特性、抗干扰能力以及抗振性方面优势明显,具有较高的定位精度。具体研究内容如下:（1）采用柔性铰链替代法对3-PRC型柔顺并联机构进行了构型设计与分析。运用螺旋理论对刚性3-PRC型并联机构的自由度进行了分析,并基... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题来源与研究背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究背景及意义
    1.2 精密定位平台国内外研究现状
        1.2.1 精密定位平台的国外研究现状
        1.2.2 精密定位平台的国内研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
    1.4 本章小结
2 精密定位平台设计的理论基础
    2.1 引言
    2.2 精密定位系统介绍
        2.2.1 精密定位系统构成
        2.2.2 精密定位平台介绍
    2.3 柔性机构与柔顺机构
    2.4 柔性铰链
        2.4.1 柔性运动副
        2.4.2 柔性铰链的材料选择及其加工方法
    2.5 精密定位平台的刚度分析
    2.6 本章小结
3 精密定位平台的构型设计与静力学分析
    3.1 引言
    3.2 3-PRC型并联机构简介
        3.2.1 3-PRC型并联机构构型描述及其自由度分析
        3.2.2 3-PRC型并联机构微运动学分析
        3.2.3 3-PRC型并联机构静力学计算
    3.3 3-PRC型柔性并联精密定位平台的设计与分析
        3.3.1 PRC型柔性支链设计
        3.3.2 3-PRC型柔性并联精密定位平台设计
        3.3.3 3-PRC型柔性并联精密定位平台静力学分析
    3.4 3-PRC型集中柔度式全柔顺并联精密定位平台的设计与分析
        3.4.1 PRC型集中柔度式全柔顺支链设计
        3.4.2 3-PRC型集中柔度式全柔顺并联精密定位平台设计
        3.4.3 -PRC型集中柔度式全柔顺并联精密定位平台静力学分析
    3.5 本章小结
4 分布柔度式全柔顺并联精密定位平台拓扑优化设计
    4.1 引言
    4.2 拓扑优化理论介绍
    4.3 材料插值模型的建立
    4.4 求解优化模型
    4.5 优化过程中的不稳定现象
    4.6 3-PRC型分布柔度式全柔顺并联机构拓扑优化模型建立
    4.7 3-PRC型分布柔度式全柔顺并联精密定位平台静力学分析
    4.8 本章小结
5 精密定位平台的静刚度分析
    5.1 引言
    5.2 柔度矩阵理论介绍
        5.2.1 半圆弧型柔性铰链的柔度矩阵
        5.2.2 铰链的柔度矩阵在不同坐标系下的变换
        5.2.3 柔性铰链的串联式柔度矩阵
        5.2.4 柔性铰链的并联式柔度矩阵
    5.3 3-PRC型柔性并联精密定位平台静刚度模型的建立
    5.4 精密定位平台静刚度有限元分析
        5.4.1 3-PRC型柔性并联精密定位平台静刚度有限元分析
        5.4.2 3-PRC型集中柔度式全柔顺并联精密定位平台静刚度有限元分析
        5.4.3 3-PRC型分布柔度式全柔顺并联精密定位平台静刚度有限元分析
    5.5 本章小结
6 精密定位平台动力学特性分析
    6.1 引言
    6.2 系统动力学模型建立
        6.2.1 梁单元的运动微分方程
        6.2.2 定位平台的动力学约束条件分析
        6.2.3 系统动力学方程
    6.3 精密定位平台的模态分析
        6.3.1 模态分析理论
        6.3.2 系统模态的有限元分析
    6.4 本章小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于拓扑优化和骨架提取的杆系结构设计方法[J]. 周奇才,吴青龙,熊肖磊.  中国工程机械学报. 2016(01)
[2]基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型固有振动频率研究[J]. 朱大昌,宋马军.  中国机械工程. 2015(13)
[3]基于三维柔性微动平台拓扑优化方法的研究[J]. 朱大昌,冯文结,刘运鸿.  机械传动. 2014(02)
[4]A topology optimization method based on element independent nodal density[J]. 易继军,曾韬,荣见华,李艳梅.  Journal of Central South University. 2014(02)
[5]一种新型柔顺机构设计方法的研究[J]. 康利君,李瑞琴.  机械设计与制造. 2013(03)
[6]2RPU-2SPS全柔顺并联机构构型设计及刚度的研究[J]. 朱大昌,李培,崔祥府,严智敏.  江西理工大学学报. 2012(05)
[7]空间全柔性并联机构动力学分析[J]. 贾晓辉,刘今越,田延岭.  农业机械学报. 2012(08)
[8]Compliant mechanisms design based on pairs of curves[J]. WANG NianFeng & ZHANG XianMin Guangdong Province Key Laboratory of Precision Equipment and Manufacturing Technology,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China.  Science China（Technological Sciences）. 2012(08)
[9]空间刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析[J]. 刘善增,朱真才,余跃庆,刘初升,张连杰.  机械工程学报. 2011(23)
[10]基于虚功原理的3-RRPR柔性精密定位工作台动力学分析[J]. 贾晓辉,田延岭,张大卫.  机械工程学报. 2011(01)

硕士论文
[1]一种新型3-RRRRR并联微动机构的设计与分析[D]. 句彦儒.燕山大学 2010



本文编号：3167486