平面多回路機構運動精度、奇異位形分析及控制實驗研究.pdf

1、平面回路機構具有精度高，動態(tài)響應好，結構緊湊，承載能力大等優(yōu)點，已廣泛應用于各種精密加工系統(tǒng)、工業(yè)操作系統(tǒng)和航空航天器等。隨著平面回路機構中回路數目增多，結構變得較為復雜，導致其運動學和動力學研究出現了許多新問題，嚴重制約著平面多回路機構的應用發(fā)展。平面多回路機構的運動精度和奇異位形分析是機構運動、受力和控制等理論研究的基礎，也是保證這些系統(tǒng)正常工作的關鍵。由此可見，開展平面多回路機構的運動精度和奇異位形分析不僅具有重要的理論意義，同時

2、具有明確的工程應用背景。
　　本文以平面多回路機構為研究對象，建立運動精度模糊-區(qū)間分析方法，定量分析平面多回路機構的運動精度，提出快速、準確分析復雜機構全部奇異位形的速度瞬心解析法，并建立奇異位形受誤差影響程度的敏感系數模型，搭建多功能、多構型平面連桿機構實驗臺，開發(fā)可視化測控虛擬儀器，進行運動精度理論與實驗研究，為該類機構的綜合、分析和制造提供理論基礎與實驗數據。論文主要研究工作與創(chuàng)新點如下：
　　建立平面多回路機構運動

3、參數化模型與仿真分析方法，將尺寸誤差和鉸鏈間隙視為定值，仿真研究機構的運動精度。分別對單自由度鎖機構和三自由度3-RRR機構進行運動精度仿真，結果表明，建立的平面多回路機構運動仿真分析參數化模型能夠很好的用于機構運動精度分析，具有簡單、可靠、實用性強等優(yōu)點。
　　提出考慮桿長誤差和鉸鏈間隙的平面多回路機構運動精度模糊-區(qū)間分析方法。將機構誤差視為區(qū)間變量，構造一種新型混合隸屬度誤差函數，建立更為接近真實桿長誤差和鉸鏈間隙分布的模糊

4、-區(qū)間數學模型。采用模糊-區(qū)間分析方法，建立平面多回路機構含桿長誤差和鉸鏈間隙的模糊-區(qū)間運動學分析模型，引入DE（Differential Evolution Algorithm）算法用于求解平面多回路機構的非線性區(qū)間運動學方程，形成平面多回路機構運動精度分析方法，并給出單自由度鎖機構和三自由度3-RRR機構的運動精度分析算例。分析結果表明，建立的機構運動精度分析方法具有較強通用性，能夠精確定量分析機構運動誤差；混合隸屬度誤差函數更為

5、接近真實誤差分布規(guī)律，且能夠覆蓋誤差全部區(qū)間；DE算法能夠很好的用于求解非線性區(qū)間方程組，算法簡單，對初值要求不高，大幅提高了計算效率。
　　創(chuàng)建用于分析平面多回路機構奇異位形分析的速度瞬心解析法，并將該方法用于單回路平面機構和多回路平面機構的奇異位形分析，獲得了平面機構的各類奇異位形。建立用于分析誤差對機構奇異位形影響程度的敏感系數模型，分析驗證輸入誤差和桿長尺寸誤差對機構奇異位形的影響程度，并對其奇異位形進行實驗驗證。理論分析

6、和實驗結果表明，速度瞬心解析法能很好的應用于平面回路機構奇異位形分析，具有較強通用性和高可靠性，同時能夠找出機構全部奇異位形，避免了漏奇異現象；采用速度瞬心解析法分析機構奇異位形無需進行速度傳遞函數矩陣計算，省卻了繁瑣的分析過程，簡化了求解思路，降低了機構奇異位形分析的難度；建立的誤差敏感系數模型可有效用于分析誤差對機構奇異位形的影響程度。
　　搭建平面3-RRR機構運動實驗平臺和運動性能測試實驗系統(tǒng)。開發(fā)平面回路機構的運動精度與

7、運動控制虛擬儀器軟件系統(tǒng)，開展機構運動誤差實時控制實驗研究，實驗測試機構的輸入量、桿長誤差、不同間隙等對機構運動精度的影響趨勢。結果表明，設計的多功能、多構型平面連桿機構實驗平臺，結構新穎合理，具有良好的二次開發(fā)能力和廣泛的適用性，能夠方便地研究多種平面機構的運動學性能，使用效果好，便于推廣使用；建立的控制系統(tǒng)可有效提高機構運動精度，且算法簡單、實時性好；開發(fā)的測控系統(tǒng)虛擬儀器能用于機構運動控制，具有軟件界面友好、操作簡單、容易實現等優(yōu)