论设计一类三自由度并联机构特性与优化设计

论文导读：数论文最大位姿误差论文工作空间论文本论文由www.7ctime.com,需要可从关系人员哦。摘要5-7Abstract7-9目录9-12第一章绪论12-201.1引言12-141.2探讨近况14-181.2.1构型设计与选型14-151.2.2运动学分析15-161.2.3精度探讨16-171.2.4工作空间17-1
摘要：随着天文学的进展,望远镜的分辨率要求越来越高,对副镜的支撑提出了更高的要求,传统的四翼梁式支撑结构可从实现自动调焦,但不能主动校正副镜的姿态,由此,设计具有两个转动一个移动自由度的副镜支撑机构,实时、稳定、高精度地调整副镜相对主镜的焦距和姿态,具有重要的现实作用。本论文从望远镜副镜三自由度并联支撑为背景,围绕三自由度并联机构的设计主线,开展了构型设计与选型、运动学设计、精度分析与设计、结构参数优化设计、仿真平台设计等五方面的探讨。并联机构的设计首先需要进行构型设计和选型。根据期望两个转动和一个移动自由度的需求,采取约束螺旋论述设计了三支链、采取添加约束法设计了四支链对称的三自由度并联机构。在此基础上,综合考虑并联机构的结构对称、结构简单、结构紧凑、低惯性等定性指标,从及伴随运动小、全局条件数大、运动副刚度大精度好等定量指标,最终选取3-RCU构型作为望远镜副镜并联支撑。本论文提出分类建模办法,建立两转一移三自由度并联机构的统一运动学模型、速度传递模型和误差传递模型。根据并两转一移三自由度并联机构的驱动和约束特性,分类建立了运动学模型；在此基础上,建立了运动支链的D-H矩阵模型,全面反映各运动支链的运动副和杆件的运动特性；建立了并联机构的速度传递模型,反映驱动速度与动平台的有效位姿变化速度之间的映射联系,并得到机构的速度Jacobian巨阵和全局条件数。同时,对并联机构的姿态描述进行了深入讨论,引入zxz欧拉角法探讨机构的伴随运动和姿态空间,引入YXY欧拉角法探讨机构速度Jacobian矩阵、全局条件数和误差传递模型。考虑并联机构具有两个转动一个移动自由度,定义了两个欧拉角和一个移动的微小摄动为机构的有效位姿误差,基于误差摄动原理和机构的速度传递模型,建立了运动副安装误差(包括结构偏差)、运动副间隙误差和支链驱动误差(包括传感误差)等主要误差源到动平台有效位姿误差的全误差模型；然后,推导了3-RCU并联机构的最大误差模型,分析了各主要误差源对动平台有效位姿误差的误差灵敏度；最后,分别探讨了基于灵敏度和基于成本的3-RCU并联机构精度设计,并采取遗传算法实现了3-RCU并联机构的精度设计。根据两转一移三自由度并联机构的运动特征,推广了机器人包含工作空间和全姿态工作空间的概念,定义了两转一移并联机构的可达工作空间和灵活工作空间,从及工作空间体积；然后讨论了并联机构的约束条件,并基于区间分析办法计算了3-RCU并联机构的工作空间,分析了工作空间的形状特征。确定从动平台半径、连杆中心位置长度和驱动行程与静平台半径的比值为设计变量,分析了全局条件数、最大位姿误差和工作空间体积等3个性能指标随3个设计变量的变化规律,优化设计得到3-RCU并联机构的关键结构参数。最后,使用Matlab GUI工具箱设计了两转一移三自由度并联机构仿真平台,重点探讨了3-RCU并联机构的可视化运动仿真模块。基于SopdWorks软件建立了机构的三维实体模型,基于SimMechanics工具箱设计了机构的运动学和动力学制约体系,包括轨迹规划模块、制约器模块、并联机构模型模块和显示模块等,实现了3-RCU并联机构的可视化运动仿真探讨。关键词：副镜支撑论文三自由度并联机构论文构型设计论文精度分析与设计论文参数优化设计论文仿真平台设计论文选型论文运动学建模论文全局条件数论文最大位姿误差论文工作空间论文
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Abstract7-9
目录9-12
第一章 绪论12-20

1.1 引言12-14

1.2 探讨近况14-18

1.2.1 构型设计与选型14-15

1.2.2 运动学分析15-16

1.2.3 精度探讨16-17

1.2.4 工作空间17-18

1.2.5 结构参数优化设计18

1.3 本论文的内容安排18-20

第二章 三自由度并联机构构型设计20-40

2.1 螺旋论述概述20-23

2.

1.1 螺旋的基本概念20-22

2.

1.2 瞬时螺旋运动与力螺旋22

2.

1.3 螺旋互易积与反螺旋22-23

2.2 基于螺旋论述的自由度分析23-30
2.2.1论文导读：.3基于螺旋论述的构型设计30-352.3.1约束螺旋构型设计法的原理和步骤30-312.3.2三支链三自由度并联机构构型设计31-332.3.3四支链三自由度并联机构构型设计33-352.4望远镜副镜并联支撑机构构型选取35-382.5本章小结38-40第三章三自由度并联机构的运动学建模与特性分析40-663.1三自由度并联机构运动学建模40-553.1.1
并联机构自由度分析原理23-24

2.2 约束意义下的并联机构运动特性24-25

2.3 3-RCU型并联机构的自由度特性25-26

2.4 3-UPU型并联机构的自由度特性26-28

2.5 3-UCU/UP型并联机构的自由度特性28-30

2.3 基于螺旋论述的构型设计30-35

2.3.1 约束螺旋构型设计法的原理和步骤30-31

2.3.2 三支链三自由度并联机构构型设计31-33

2.3.3 四支链三自由度并联机构构型设计33-35

2.4 望远镜副镜并联支撑机构构型选取35-38

2.5 本章小结38-40

第三章 三自由度并联机构的运动学建模与特性分析40-66

3.1 三自由度并联机构运动学建模40-55

3.

1.1 两转一移三自由度并联机构驱动模型40-45

3.

1.2 两转一移三自由度并联机构约束模型45-49

3.

1.3 三支链三自由度并联机构姿态描述49-52

3.

1.4 两转一移三自由度并联机构姿态工作空间讨论52-53

3.

1.5 两转一移三自由度并联机构的伴随运动53-55

3.2 三自由度并联机构运动支链D-H矩阵模型55-58
3.

2.1 空间机构的D-H参数描述55-56

3.

2.2 三支链三自由度并联机构支链D-H矩阵56-57

3.

2.3 四支链三自由度并联机构支链D-H矩阵57-58

3.3 两转一移三自由度并联机构的速度分析58-65

3.1 两转一移三自由度并联机构速度方程58-59

3.2 两转一移三自由度并联机构Jacobian矩阵59-60

3.3 欧拉角姿态描述的奇异性60-63

3.4 两转一移三自由度并联机构的条件数63-64

3.5 不同构型并联机构的全局条件数64-65

3.4 本章小结65-66

第四章 三自由度并联机构的精度分析与设计66-88

4.1 两转一移三自由度并联机构的误差建模67-74

4.

1.1 运动副间隙误差模型67-69

4.

1.2 三支链并联机构的运动支链误差传递模型69-72

4.

1.3 并联机构误差传递模型72-74

4.2 3-RCU三自由度并联机构的精度分析74-81
4.

2.1 3-RCU并联机构的最大误差分析74-79

4.

2.2 3-RCU并联机构的误差灵敏度79-81

4.3 3-RCU三自由度并联机构的精度设计81-86
4.

3.1 基于灵敏度的3-RCU并联平台的精度设计81-83

4.

3.2 基于成本的3-RCU并联机构的精度设计模型83

4.

3.3 采取遗传算法实现3-RCU并联机构的精度设计83-85

4.

3.4 3-RCU并联机构精度设计的仿真探讨85-86

4.4 本章小结86-88
第五章 三自由度并联机构的工作空间分析与优化设计88-104

5.1 两转一移三自由度并联机构的工作空间分析88-92

5.

1.1 两转一移三自由度并联机构工作空间的定义88-90

5.

1.2 两转一移三自由度并联机构工作空间的约束条件90-91

5.

1.3 两转一移三自由度并联机构工作空间的计算91-92

5.2 3-RCU并联机构的工作空间分析92-97
5.

2.1 3-RCU并联机构的工作空间计算92-94

5.

2.2 3-RCU并联机构的工作空间仿真探讨94-95

5.

2.3 结构参数对工作空间的影响95-97

5.3 3-RCU并联机构的参数优化设计97-102
5.

3.1 确定设计变量97

5.

3.2 性能指标97-98

5.

3.3 约束条件98-99

5.

3.4 优化设计99-101

5.

3.5 设计结果校验101-102

5.4 本章小结102-104
第六章 三自由度并联机构仿真平台的设计与实现104-116

6.1 三自由度并联机构仿真平台体系结构104-106

6.2 基于SopdWorks的并联机构三维建模106-110

6.

2.1 建立基本零件的Sopdworks模型107-108

6.

2.2 建立3-RCU并联机构的Sopd Works装配体108

6.

2.3 建立3-RCU并联机构的SimMechanics模型108-110

6.3 基于SimMechanics的可视化仿真110-115
6.

3.1 被控对象模型的搭建111-113

6.

3.2 3-RCU并联机构制约器的设计113

6.

3.3 3-RCU并联机构的运动轨迹规划113-114

6.

3.4 3-RCU并联机构的可视化运动仿真114-115

6.4论文导读：的速度方程132-134附录2两转一移三自由度并联机构的误差传递模型134-138致谢138-140攻读博士学位期间发表的论文140-141攻读博士学位期间参加的科研项目141上一页123
本章小结115-116
第七章 结束语116-122

7.1 论文的主要工作和贡献116-118

7.2 论文的主要创新点118-120

7.3 前景展望120

7.4 探讨心得感受120-122

参考文献122-132
附录1 两转一移三自由度并联机构的速度方程132-134
附录2 两转一移三自由度并联机构的误差传递模型134-138
致谢138-140
攻读博士学位期间发表的论文140-141
攻读博士学位期间参加的科研项目141