六自由度并联机构精度分析及其综合方法研究

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1、国内图书分类号：TP166学校代码：10213国际图书分类号：621.01密级：公开工学博士学位论文六自由度并联机构精度分析及其综合方法研究博士研究生：丁建导师：李建广教授申请学位：工学博士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP166U.D.C:621.01DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONMETHODOLOGIESFORACCURACYAN

2、ALYSISANDSYNTHESISOFSIX-DOFPARALLELMECHANISMCandidate：DingjianSupervisor：Prof.Lijian-guangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conf

3、erring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着工业技术的进步，并联机构的应用领域在逐步地拓展。然而，并联机构的生产制造仍然面临一系列难题，精度质量控制就是其中之一。在对国内外文献分析和研究基础上，本文以六自由度并联机构为研究对象，从制造和装配中出现的实际问题出发，围绕位姿精度分析和综合两方面内容展开研究。本文建立了六自由度并联机构误差模型，研究了动平台在给定工作区域内，位姿误差的分布形态。在并联机构精度分析中，国内外学者主要基于MonteCarlo方法对

4、位姿误差统计参数进行估计，针对分析过程存在的计算精度和效率之间的矛盾，本文提出了基于Sobol序列的拟蒙特卡洛模拟的位姿精度分析方法。与传统的蒙特卡洛方法对比，该方法可显著地提高位姿误差统计参数的计算精度和效率。针对球域约束下，位姿误差概率难以直接求解的问题，本文推导并得出位姿误差概率积分方程的近似形式，得到位姿误差概率随球域半径的变化规律。结合并联机构实际装配阶段，动平台中心位置和姿态角偏差的控制要求，分析了铰链中心沿水平方向定位误差所具有各向同性特点，研究了位姿误差标准差之间的关系，推导并发现了在对称位姿状

5、态下，动平台中心位置和姿态角偏差分别服从Rayleigh分布，并得到了中心位姿偏差概率随运动平台高度的变化规律。铰链间隙误差是导致并联机构位姿误差的一项重要的随机因素。在并联机构的工作区域内，为获得铰链间隙对位姿精度构成的影响，本文首先运用计算机仿真试验和均匀设计理论，对位姿精度敏感度进行显著性分析，找出影响显著的位姿参数。通过简化铰链结构，建立了并联机构冗余结构模型，应用正向运动学方法分析了传统概率分析方法在计算随机位姿误差方面存在问题。分析并提出了基于正向运动学的确定方法，研究了给定工作区间内位姿随机误差分

6、布形态以及铰链间隙变化对位姿精度的影响，结论支持了精度敏感度的分析结果。围绕并联机构中心位姿随机偏差检测过程。应用基于正向运动学的确定方法和概率方法进行精度分析，得到了中心位姿随机偏差随动平台高度的变化曲线，同时指出了两种方法的联系和区别。结合生产现场中并联机构制造装配的实际情况，分析了精度综合方法存在的问题，认为精度综合应以现场的工艺能力为基础，形成以装配性能作为衡量指标的可行方案集合，提出了一种基于正交设计和均匀设计相结合的六自由度并联机构精度综合方法。首先以现场的工艺能力和经验参数为基础，进行正交设计，得

7、到影响精度的诸多因素敏感度排序，以此为依据重新划分各项影响因素的水平，-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文然后进行均匀设计，得到了具有全局意义的精度综合方案集合。该方法通过对结构参数公差的积极协调，能够避免单一优化方案存在的失效可能。对比分析结果表明：本方法得到的部分方案所对应的公差得到不同程度的放大。最后，结合本文部分研究内容，开发出六自由度并联机构精度分析及其综合系统，并进行了应用验证。关键词：六自由度并联机构，位姿精度分析，精度综合，中心位姿偏差，铰链间隙-II-AbstractAbstractAlong

8、withthedevelopmentofindustrialtechnology,theareasofapplicationforparallelmechanismaregraduallyexpanding.However,therearestillaseriesofproblemsinmanufacturingandassemblyprocessforparallelmechanis