一種新型五自由度并聯(lián)機構的動態(tài)優(yōu)化設計方法研究.pdf

1、本文密切結合航空制造業(yè)大型整體結構件加工對五坐標加工裝備的需求，系統(tǒng)研究一種新型五自由度并聯(lián)機構動態(tài)優(yōu)化設計方法。在兩轉動自由度并聯(lián)機構的拓撲構型綜合基礎上，提出一種新型五自由度并聯(lián)機構，深入研究該機構的運動學分析、彈性動力學建模與分析、動態(tài)優(yōu)化設計等問題。全文主要成果如下:
　　基于李群理論，提出定點轉動兩自由度并聯(lián)機構的拓撲綜合方法。結合子流形等效原理與位移子群/子流形特征將可用支鏈分類，并提出定點轉動兩自由度并聯(lián)機構可用支鏈

2、的裝配原則。通過引入環(huán)形導軌、鉸接動平臺、平行四邊形子結構擴充了定點轉動兩自由度并聯(lián)機構拓撲構型，得到多種新型兩轉動并聯(lián)機構。
　　以拓撲構型綜合得到的PaRot并聯(lián)機構為A/B軸轉頭，創(chuàng)新設計一種適用于五坐標高效加工作業(yè)的臥式布局、可實現(xiàn)3T2R運動的新型五自由度并聯(lián)機構T5。借助矢量鏈法分析T5并聯(lián)機構的位置逆解和位置正解，并通過微分運算建立該機構的速度和加速度在驅動空間和操作空間之間的映射模型，進而計及鉸鏈轉角范圍、驅動副行

3、程等約束條件、利用極限邊界數(shù)值搜索法完成機構工作空間分析。
　　在運動學分析與虛擬樣機設計基礎上，應用機構運動彈性動力學與子結構綜合理論，計及桿件柔性、鉸鏈柔性、集中質量、重力及零部件裝配特征，建立支鏈、轉頭等部件運動微分方程，進而根據(jù)節(jié)點自由度耦合關系建立T5并聯(lián)機構彈性動力學模型。
　　通過無阻尼固有特性分析，揭示了T5并聯(lián)機構低階固有頻率的面對稱空間分布特征，并借助商用有限元軟件驗證其有效性。采用振型疊加法求解系統(tǒng)時域

4、動態(tài)響應，并研究了運動過程中機構最大動應力的變化情況。結果表明，重力對機構最大彈性位移有較大影響，應在動態(tài)設計時加以考慮。
　　借助商用軟件預估伺服驅動參數(shù)，進而開發(fā)基于工控機+運動控制器的數(shù)控系統(tǒng)，搭建T5原型樣機實驗平臺。開展典型位姿下原型樣機的模態(tài)實驗研究，驗證彈性動力學分析的有效性。
　　利用田口實驗法分析機構截面參數(shù)和尺度參數(shù)對動態(tài)性能的影響，獲得關鍵參數(shù)對機構動態(tài)特性的作用規(guī)律，為動態(tài)優(yōu)化設計提供指導。針對動態(tài)性