基于柔性直线机构的3-PRR柔性微动平台研究

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1、分类号TH112UDC621密级学号09110106博士学位论文基于柔性直线机构的3-PRR柔性微动平台研究贺磊学科门类：工学学科名称：机械工程指导教师：吉晓民教授申请日期：2017.09独创性声明本人所呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，一除特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人的研宄成果。与我同工作的同志对本文的研究工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。一本论文及其相关资料若有不实之处：由本人承担切相关责任。。月Ｋ论文作者签

2、名：，Ａ办７年丨日学位论文使用授权本人作为学位论文作者了解并愿意遵守学校有关保留、使用学位论文的规定，即：在导师的指导下创作完成的学位论文的知识产权归西安理工大学所有，本人今后在使用或发表该论文涉及的研究内容时，会注明西安理工大学。西安理工大学拥有学位论文的如下使用权：，包括学校可以保存学位论文；可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文Ｉ可以查阅或借阅。本人授权西安理工大学对学位论文全部内容编入公开的数据库进行检索。本学位论文全部或部分内容的公布（包括刊登）授权西安

3、理工大学研宄生院办理。经过学校保密办公室确定密级的涉密学位论文，按照相关保密规定执行Ｉ需要进行技术保密的学位论文，按照《西安理工大学学位论文技术保密申请表》内容进行保密（附《西安理工大学学位论文技术保密申请表》）。保密的学位论文在解密后，适用本授权。论文作者签名：导师签名：如１７年月巧日摘要*论文题目：基于柔性直线机构的3-PRR柔性微动平台研究学科名称：机械设计及理论研究生：贺磊签名：指导教师：吉晓民签名：摘要近年来，随着柔性精密定位平台在生物工程、先进制造等领域的

4、应用越来越广泛，系统和设备对精密定位技术的要求越来越高。柔性直线机构是柔性精密定位平台的关键部分，其性能直接影响平台的定位精度。本文提出了柔性机构的结构表示方法与柔性直线机构构型综合方法，对柔性直线机构的位移及典型柔性直线机构的刚度及离轴刚度比进行了分析，对基于柔性直线机构的3-PRR微动平台进行了理论研究和样机试验，全文研究内容如下：（1）研究了柔性机构的结构表示与柔性直线机构的构型综合。基于柔性机构结构基本组成与柔性机构结构模型表示准则，提出了柔性机构的一种拓扑图和邻接矩阵的表示方法，给出了自

5、由度的定义和计算公式。提出了基于FACT（FreedomandConstraintTopologies）的再生柔性运动链综合方法，该方法的核心在于以旋量理论为基础，建立几何模块、运动（约束）模块与物理模块三者之间的映射关系，进而根据不同的功能要求，通过柔性运动链再生路径得到相应的柔性机构组。针对柔性直线机构，运用该方法在6条再生路径下，综合出了具有代表性的28种柔性直线机构，其中新提出机构5种。（2）针对典型柔性直线机构，研究并提出了考虑轴漂的位移计算方法。提出了组合柔性铰链机构支链刚度分析模型与

6、考虑轴漂的位移分析方法，确定了Roberts柔性机构特征点的位置，建立了基于轴漂的位移计算模型，研究了Roberts柔性直线机构的屈曲位移，并进行了有限元验证，与伪刚体模型相比，该模型更为精确。对柔铰簧片组合型柔性Roberts机构位移进行了分析，通过有限元及样机试验证明了该机构优越的直线位移性能，并将其应用于大行程微动平台，取得了良好的效果。（3）研究了柔性直线机构的刚度与离轴刚度比。对常用柔性四杆机构的输入输出特性进行了比较，研究了柔性铰链转动副的切口轮廓和柔性移动副的截面形状对对称四杆机构输

7、出位移的影响，提出了一种高效、低耦合的变截面柔性对称四杆机构，求得了柔度矩阵并研究了结构参数对其大小的影响。分别设计了一种杠杆式位移缩小柔性直线机构和刚度差式位移缩小柔性直线机构，并对它们进行了分析和有限元验证。提出了柔性直线机构离轴刚度比的概念与分析原则，I西安理工大学博士学位论文针对典型柔性直线机构进行了离轴刚度比的分析与比较。（4）研究了3-PRR柔性微动平台的运动、优化及耦合，研制了杠杆式微动平台。利用伪刚体模型推导了3-PRR机构的正反解方程，运用卡氏第二定理推导出3-PRR柔性微动平台

8、（简化型）的运动模型并进行了优化设计，提出了一种微动平台输入耦合的求解方法，研究了相关参数对微动平台输入耦合的影响。将对称布置的并联Roberts柔铰机构作为P副应用于微动平台，并基于杠杆机构原理设计了一种3-PRR柔性微动平台，利用功能转化原理建立了机构的整体刚度矩阵，研制了样机平台并进行了位姿试验验证，结果表明，试验数据与理论数据基本一致，验证了理论分析的正确性。（5）研究了基于V型簧片的高精度3-PRR柔性微动平台。提出了一种基于V型折叠簧片的高精度3-PRR柔性微动平台，推