平面多回路機構(gòu)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(gòu)具有精度高，動態(tài)響應(yīng)好，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)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(gòu)中回路數(shù)目增多，結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜，導致其運動學和動力學研究出現(xiàn)了許多新問題，嚴重制約著平面多回路機構(gòu)的應(yīng)用發(fā)展。平面多回路機構(gòu)的運動精度和奇異位形分析是機構(gòu)運動、受力和控制等理論研究的基礎(chǔ)，也是保證這些系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。由此可見，開展平面多回路機構(gòu)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(yīng)用背景。
　　本文以平面多回路機構(gòu)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(gòu)的運動精度，提出快速、準確分析復(fù)雜機構(gòu)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(shù)模型，搭建多功能、多構(gòu)型平面連桿機構(gòu)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(gòu)的綜合、分析和制造提供理論基礎(chǔ)與實驗數(shù)據(jù)。論文主要研究工作與創(chuàng)新點如下：
　　建立平面多回路機構(gòu)運動

3、參數(shù)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(gòu)的運動精度。分別對單自由度鎖機構(gòu)和三自由度3-RRR機構(gòu)進行運動精度仿真，結(jié)果表明，建立的平面多回路機構(gòu)運動仿真分析參數(shù)化模型能夠很好的用于機構(gòu)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(gòu)運動精度模糊-區(qū)間分析方法。將機構(gòu)誤差視為區(qū)間變量，構(gòu)造一種新型混合隸屬度誤差函數(shù)，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(shù)學模型。采用模糊-區(qū)間分析方法，建立平面多回路機構(gòu)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(gòu)的非線性區(qū)間運動學方程，形成平面多回路機構(gòu)運動精度分析方法，并給出單自由度鎖機構(gòu)和三自由度3-RRR機構(gòu)的運動精度分析算例。分析結(jié)果表明，建立的機構(gòu)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(gòu)運動誤差；混合隸屬度誤差函數(shù)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(gòu)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(gòu)和多回路平面機構(gòu)的奇異位形分析，獲得了平面機構(gòu)的各類奇異位形。建立用于分析誤差對機構(gòu)奇異位形影響程度的敏感系數(shù)模型，分析驗證輸入誤差和桿長尺寸誤差對機構(gòu)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(jié)果表明，速度瞬心解析法能很好的應(yīng)用于平面回路機構(gòu)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(gòu)全部奇異位形，避免了漏奇異現(xiàn)象；采用速度瞬心解析法分析機構(gòu)奇異位形無需進行速度傳遞函數(shù)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(gòu)奇異位形分析的難度；建立的誤差敏感系數(shù)模型可有效用于分析誤差對機構(gòu)奇異位形的影響程度。
　　搭建平面3-RRR機構(gòu)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(gòu)的運動精度與

7、運動控制虛擬儀器軟件系統(tǒng)，開展機構(gòu)運動誤差實時控制實驗研究，實驗測試機構(gòu)的輸入量、桿長誤差、不同間隙等對機構(gòu)運動精度的影響趨勢。結(jié)果表明，設(shè)計的多功能、多構(gòu)型平面連桿機構(gòu)實驗平臺，結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)運動控制，具有軟件界面友好、操作簡單、容易實現(xiàn)等優(yōu)