机械式光栅拼接柔性并联机构位置保持性控制研究

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1、硕士学位论文机械式光栅拼接柔性并联机构位置保持性控制研究RESEARCHONPOSITIONRETENTIONCONTROLOFFLEXIBLEPARALLELMECHANISMUSEDINGRATINGTILING李凌霄哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG502.13学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文机械式光栅拼接柔性并联机构位置保持性控制研究硕士研究生：李凌霄导师：富宏亚教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学

2、位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG502.13U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPOSITIONRETENTIONCONTROLOFFLEXIBLEPARALLELMECHANISMUSEDINGRATINGTILINGCandidate：LiLingxiaoSupervisor：Prof.FuHongyaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringS

3、peciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要大口径衍射光栅是一种精密的光学元件，广泛应用在国防、天文等重点领域。随着衍射光栅尺寸的增加，制造难度提高、生产周期增长、成本急剧上升，而小口径光栅具有容易制造、成本低、易

4、获得较高质量等优点。在工程实际中，常采用机械式拼接机构，将小尺寸光栅拼接成大尺寸光栅进行应用。在激光打靶工程中，要求光栅长时间保持在同一位置。因此，光栅拼接机构的位置保持性成为了评价装置性能的关键指标，直接影响到靶场光路的稳定性，影响打靶精度。本文对哈尔滨工业大学开发的，机械式光栅拼接柔性并联机构进行综合研究，旨在提高光栅拼接机构的位置保持性，使得机构能在工程应用中保持长时间稳定。本文根据光栅拼接大行程、大负载、高精度和高位置保持性的要求，设计机构形式为5TSP-PPS的柔性并联机构，建立机构的有限元模型。

5、光栅拼接柔性并联机构是力与位移高度耦合的复杂系统，基于有限元仿真软件对机构的运动精度和运动耦合性进行分析。结果显示，机构的运动精度和运动耦合性符合设计要求。结合实验与工程实际应用，从振动稳定性和长时间位置漂移，两个方面分析光栅拼接装置的位置保持性。首先进行模态分析和随机振动分析，研究机构的振动稳定性；然后分析光栅拼接装置长时间位置漂移的原因，提出机构位置保持性闭环控制。运动学分析是研究位置保持性控制的基础，通过空间齐次坐标变换和矢量运算，求出机构位置逆解，建立运动控制模型。应用高精度位置反馈元件感知光栅位姿

6、改变，建立光栅位姿变化与反馈元件测量数据变化之间的位姿监控模型。最后建立整个机构的位置保持性闭环控制，开发控制系统和软件。为验证机构位置保持性控制的有效性，在光栅拼接柔性并联机构样机基础上，安装高精度位移传感器，搭建实验系统对机构的运动精度、位置保持性等性能进行测试。实验结果表明，光栅拼接机构的运动精度和位置保持性能够满足实际应用需求。关键词：光栅拼接；并联机构；运动精度；位置保持性；位姿监控；闭环控制-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThelarge-aperturediffractio

7、ngratingisakindofpreciseopticalelementandiswidelyusedinsuchkeyareasasnationaldefenseandastronomy.Withtheincreaseofthesizeofthediffractiongrating,themanufacturingdifficultyisincreased,theproductioncycleisincreased,andthecostisrapidlyincreased.Thesmallapertu

8、regratinghastheadvantagesofeasyfabrication,lowcost,andeasyaccesstohigherquality.Inengineeringpractice,mechanicalsplicingmechanismsareoftenusedtosplicesmall-sizegratingsintolarge-sizegratingsforapplication.Inl