关节间隙对并联机构的精度影响研究

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1、分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文关节间隙对并联机构的精度影响研究作者姓名：赵志宇入学年份：2013年9月指导教师：朱春霞教授学科专业：机械制造及其自动化申请学位：工学硕士所在单位：机械工程学院论文提交日期：2015年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：答辩委员会组成：赵春雨李斌高凤阳罗继曼朱春霞论文评阅人：硕士研究生学位论文摘要I摘要并联机构的精度研究包括机构的误差分析、误差的补偿与标定，是当前关于并联机构研究方向的热门课题。并

2、联机构自问世以来就引起了世界各国科研机构的广泛关注与高度的重视，随着并联机构向精密化的发展，并联机构中构件的关节间隙会导致系统的运动精度严重降低，使得并联机构系统的性能受到很大的影响。因此，对具有高精度和性能要求的并联机构，就必须计入机构关节间隙对其运动和加工精度的影响。并联机构是一个空间多闭环、各个支链之间存在冗余误差的复杂系统，单纯地运用解决开链机构学的方法无法准确描述其精度特性。本文以3-TPT并联机构为研究对象，研究其关节间隙对整机工作精度的影响及非理想状态下姿态误差对机构动平台工作位置的

3、影响，为进一步全面研究3-TPT并联机构的工作精度奠定基础，也为未来并联机构的实际应用及进一步的运动学标定和误差补偿提供必要的理论依据。本文主要研究内容如下：首先，分析3-TPT并联机构的结构特点，计算该机构的自由度，并对该机构进行位置分析；运用雅可比矩阵对并联机构3-TPT的运动学进行仿真分析，研究该机构的运动情况；并根据雅可比矩阵评价机构的奇异性和平稳性；同时对机构的工作空间进行了深入分析。其次，针对并联机构的工作精度进行误差建模。在求得机构反解方程的基础上，利用D-H矩阵法和误差独立作用法将

4、机构铰链间隙误差微分化，研究了在理想状态下机构固定平台与运动平台相平行时，机构关节间隙误差对机构动平台定位误差的影响并对其理论模型进行推导。再次，利用蒙特卡罗法对于给定机构关节间隙误差源时，基于D-H矩阵法和误差独立作用法建立3-TPT机构理想状态下的间隙误差模型，通过对其进行仿真分析，得出机构间隙误差对3-TPT并联机构动平台工作误差的影响规律。并利用矩阵法研究了3-TPT并联机构在非理想状态下，机构动平台绕XYZ三个坐标轴偏转产生的姿态误差对于整机工作误差的影响模型，同时对姿态误差模型进行仿真

5、研究。最后，对于给定并联机构的工作精度要求时，针对3-TPT并联机构虎克铰内外环间隙误差问题对机构进行优化设计研究，以机构的工作精度要求为目标函数，建立了以虎克铰内外环间隙值为求解目标的多目标优化数学模型,并利用遗传算法对数学模型进行求解。在满足机构工作精度条件下，得到经过优化后的铰链最大间隙值。达到降低零部件加工制造要求，以避免设备精度的浪费的目的。综上所述，本文基于机构精度学对3-TPT并联机构进行误差建模和仿真分析研究。通过研究关节间隙误差对机构动平台误差的影响及机构动平台姿态误差对整机工作

6、误差的影响，为并联机构误差分析的进一步研究奠定了研究基础。关键词：并联机构；关节间隙；精度；机构运动学；机构优化。II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractTheinvestigationoftheprecisionforparallelmechanismincludesmechanismerroranalysis,errorcompensationandcalibration,whichhasbecameahottopiccurrently.Paralle

7、lMechanismsincetheadvent,hasattractedextensiveconcernsfromthescientificresearchinstitutionsaroundtheworld.WiththedevelopmentofParallelMechanismonprecision,thecomponentsjointclearancecanseriouslyreducethemovementprecisionofParallelMechanism,andaffectth

8、eperformanceofparallelmechanismsystem.Therefore,theeffectsofthejointclearanceonthemovementandmachiningprecisionhavetobeconsideredfordesigninghighprecisionandgoodperformanceParallelMechanism.Parallelmechanismisacomplexspacialclosed-loopmechanis