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两种2R1T运动等效并联机构的优化设计及约束性能对比分析

两种2R1T运动等效并联机构的优化设计及约束性能对比分析

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作者：施东生燕山大学

学位级别：硕士

两转一移(2R1T)三自由度并联机构具有广阔的工程应用前景,是机构学领域和工业领域中被关注的焦点。本文以两种2R1T三自由度并联机构为研究对象开展了运动等效并联机构理论研究,体现了从运动等效机构的演化到运动/力传递性能分析及尺寸... 详细信息

两转一移(2R1T)三自由度并联机构具有广阔的工程应用前景,是机构学领域和工业领域中被关注的焦点。本文以两种2R1T三自由度并联机构为研究对象开展了运动等效并联机构理论研究,体现了从运动等效机构的演化到运动/力传递性能分析及尺寸优化设计,再到机构间约束性能对比分析的一整套研究思路,在帮助避免领域内出现一些重复性工作的同时也为实际工程应用背景下并联机构的设计提供了尺寸参考和更多潜在的的构型选择。本文首先以2RPU+UPR并联机构为研究对象,对运动等效并联机构的演化机理作出了详细的阐述,给出了演化机理的数学表达形式并且基于演化机理演化出了2RPU+UPR并联机构的多种运动等效并联机构。其次,文章简要介绍了并联机构的运动/力传递指标的概念,基于运动/力传递指标分析2RPU+UPR及其运动等效并联机构的运动/力传递性能,并绘制2RPU+UPR及其运动等效并联机构的传递性能图谱。通过2RPU+UPR并联机构的几何约束关系得到了参数优化设计空间,以全局传递指标与优良传递姿态空间大小为优化指标对机构进行了尺度综合。然后,介绍非过约束并联机构运动/力约束指标,对输入约束指标求解中存在的一些问题以及指标的物理意义进行了探讨。引入冗余驱动并联机构传递性能的分析方法,以其为参考给出过约束并联机构的运动/力约束指标的求解思路。在基于运动/力传递性能的优化尺寸下,绘制2RPU+UPR及其运动等效并联机构的输出约束指标图谱,并求解各机构在无传递奇异姿态空间中的全域约束指标值,对比分析2RPU+UPR机构及其运动等效并联机构之间的约束性能差异。最后,以非对称3PRS并联机构为例对文章体现的针对运动等效机构的整套研究思路进行了回顾与验证。针对非对称3PRS机构及其运动等效并联机构,分析其运动/力传递性能并基于运动/力传递性能对其进行尺寸优化设计,再对比分析其运动/力约束性能,在非对称3PRS机构及其运动等效并联机构中实现兼顾传递与约束性能的构型优选。

关键词：运动等效演化机理运动/力传递性能运动/力约束性能优化设计

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基于改进3PUU的（3PUU）+（RPS+SPS+S）混联机构性能分析与优化设计

基于改进3PUU的（3PUU）+（RPS+SPS+S）混联机构性能分析与优化设...

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作者：张达燕山大学

学位级别：硕士

三平动(3T)并联机构是并联机构中的经典类型机构,因其具有刚度大、速度高且平稳、精确度高等特点,在工程实际中应用广泛,是国内外众多学者关注的焦点。对于Tsai氏传统3PUU并联机构,该机构PUU分支的U副布置方式完全相同,在实际的装配过... 详细信息

三平动(3T)并联机构是并联机构中的经典类型机构,因其具有刚度大、速度高且平稳、精确度高等特点,在工程实际中应用广泛,是国内外众多学者关注的焦点。对于Tsai氏传统3PUU并联机构,该机构PUU分支的U副布置方式完全相同,在实际的装配过程中是很难实现的。本课题针对此问题,通过改变分支中U副布置方式,提出一种改进3PUU并联机构,并对两种并联机构做出了基于运动/力传递性能分析及尺寸优化设计,根据优化尺寸分析了改进3PUU并联机构的约束性能和刚度性能。以改进3PUU并联机构为基础,在内部串联一个RPS+SPS+S两转动并联机构,提出一种具有3T2R五自由度的串并混联机构模型,对其进行了运动学建模和求解运算,以及传递性能和约束性能分析。本文首先针对传统3PUU并联机构存在的问题做出分析,并针对问题提出一种改进3PUU并联机构。通过机构的运动学反解,根据运动/力传递指标对传统和改进两种3PUU并联机构的传递性能进行了分析,并以改进3PUU机构为例绘制了机构的传递性能图谱。通过改进3PUU并联机构几何尺寸的约束关系对机构进行了参数优化设计,并以全局传递指标(GTI)和优质传递工作空间体积(GTWV)以及工作空间体积为指标,对机构进行了尺寸优化。基于优化尺寸对比分析了改进3PUU并联机构约束性能和刚度性能,并针对传统与改进3PUU的运动学差异做了实验对比分析。然后,以改进3PUU并联机构为基础,在机构内部串联一个RPS+SPS+S并联机构,提出一种新型3T2R五自由度(3PUU)+(RPS+SPS+S)串并混联机构模型,对其位置正逆解和速度进行了建模分析和求解,并基于Matlab数学软件绘制了机构运行工作空间的三维立体图。最后,基于运动/力传递指标对(3PUU)+(RPS+SPS+S)混联机构在平动自由度下和转动自由度下进行了传递性能分析,并绘制不同自由度下传递性能图谱来综合分析混联机构的传递性能。通过分别对混联机构内外子并联机构的尺度综合分析,绘制优化图谱进行尺寸优化设计,完成对整体混联机构的尺寸优化,并在优化尺寸下通过对(3PUU)+(RPS+SPS+S)混联机构在平动自由度和转动自由度下的输出约束性能分析并绘制出输出约束性能图谱来综合分析混联机构的约束性能。

关键词：改进3PUU并联机构运动/力传递性能运动/力约束性能优化设计

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两种三自由度并联机构的多目标优化设计

两种三自由度并联机构的多目标优化设计

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作者：胡碧波燕山大学

学位级别：硕士

少自由度并联机构在工程中应用广泛,一直以来是专家学者们的研究焦点。本文以两种三自由的并联机构为研究对象,从两种机构的性能分析出发,再到机构的多目标尺寸优化,得到了满足多个目标函数的机构尺寸的最优解。本文首先以具有三转动的S... 详细信息

少自由度并联机构在工程中应用广泛,一直以来是专家学者们的研究焦点。本文以两种三自由的并联机构为研究对象,从两种机构的性能分析出发,再到机构的多目标尺寸优化,得到了满足多个目标函数的机构尺寸的最优解。本文首先以具有三转动的SPR+UPR+SPS并联机构为研究对象,由机构的几何约束关系得到其反解模型,根据反解得到机构的姿态工作空间并对其体积进行求解。对机构中三种不同类型支链进行静力分析,根据力平衡关系得到机构的静刚度模型。引入评价机构的局部刚度性能指标和全局刚度性能指标,对机构的刚度性能进行了求解与分析。然后,针对SPR+UPR+SPS机构的运动/力传递性能和约束性能进行分析,分别绘制出了机构的传递性能和约束性能图谱,并对机构的全局传递指标和全局约束指标进行了求解。以机构的姿态工作空间体积、全局刚度性能指标以及机构的全局传递指标和约束指标为目标函数,以机构的杆长和运动副的转角为约束条件,采用多目标博弈论优化算法对机构的尺寸进行优化设计,得到机构优化后的尺寸,并对机构优化前后的性能指标进行了对比。最后,以2RPU+UPR机构为研究对象,采用闭环矢量法对机构中的闭环进行分析,建立了机构的精度模型,引入精度性能评价指标对机构精度性能进行评价。以2RPU+UPR机构的位置工作空间的体积、运动/力传递性能、运动/力约束性能、四个全局刚度指标以及两个精度性能指标为目标函数,以机构的杆长和运动副的转角限制为约束条件,建立多目标优化数学模型,分析各个目标函数在参数的分布情况,基于多目标博弈论的优化算法对机构的尺寸进行优化,对比分析了优化前后九个目标函数的优劣。

关键词：性能分析运动/力传递性能运动/力约束性能多目标优化设计

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