柔性并聯(lián)平臺結(jié)合了柔性鉸鏈和并聯(lián)平臺的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于精密工程中。但該平臺中的柔性鉸鏈一般運(yùn)動范圍較小并存在寄生運(yùn)動,這限制了柔性并聯(lián)平臺的運(yùn)動空間和精度的進(jìn)一步提高。針對這一弊端,本文在分析傳統(tǒng)交叉簧片柔性鉸鏈變形特性的基礎(chǔ)上,研究了一種具有大行程和低軸漂的變厚度交叉簧片柔性鉸鏈,并將其應(yīng)用到3-PRR并聯(lián)平臺上,然后針對3-PRR柔性并聯(lián)平臺進(jìn)行力柔順控制研究。本文首先設(shè)計了變厚度交叉簧片柔性鉸鏈,通過有限元仿真分析了簧片的變截面系數(shù)與柔性鉸鏈的旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系,進(jìn)而選擇了合適的變截面系數(shù)�；诟倪M(jìn)的Awart約束梁模型推導(dǎo)了變厚度簧片的載荷-位移關(guān)系,進(jìn)一步建立了變厚度交叉簧片柔性鉸鏈的力學(xué)模型,并將其結(jié)果與有限元仿真進(jìn)行對比,驗證本文建立的變厚度交叉簧片柔性鉸鏈變形模型的正確性。然后將柔性鉸鏈和3-PRR平面并聯(lián)平臺結(jié)合,設(shè)計了3-PRR柔性并聯(lián)平臺。分別通過閉環(huán)矢量法求解剛性平臺的逆運(yùn)動學(xué),通過將鉸鏈的變形方程、柔性并聯(lián)平臺的位移協(xié)調(diào)方程和靜力平衡方程聯(lián)立求解柔性并聯(lián)平臺的運(yùn)動學(xué)模型。將剛性和柔性并聯(lián)平臺的運(yùn)動學(xué)模型通過有限元仿真進(jìn)行對比,驗證了柔性并聯(lián)平臺運(yùn)動學(xué)建模的準(zhǔn)確性和必要性。但由于柔性平臺的運(yùn)動學(xué)模型求解復(fù)雜、運(yùn)算速度較慢,故采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來求解柔性并聯(lián)平臺的運(yùn)動學(xué)。借助激光位移傳感器完成了位置控制實驗,驗證了位置控制的精度。最后,針對3-PRR柔性并聯(lián)平臺的力柔順控制問題,首先研究了經(jīng)典的基于位置的阻抗控制,設(shè)計并搭建仿真平臺,通過仿真分析了阻抗參數(shù)對控制性能的影響。然后通過分析阻抗控制的穩(wěn)態(tài)誤差,發(fā)現(xiàn)了阻抗控制的局限性,通過李雅普諾夫穩(wěn)定理論設(shè)計了自適應(yīng)阻抗控制器,并對不同的情況進(jìn)行了仿真分析。利用安裝在動平臺上的力傳感器作為力反饋元件進(jìn)行力柔順控制實驗,驗證了力柔順控制策略的正確性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH112
【部分圖文】：

圖 1-4 3-DOF 微動柔性并聯(lián)平臺的 Campa 等[20]提出了一種 3-PRS 柔由度，分別是在 Z 方向上實現(xiàn)±2m兩個轉(zhuǎn)動。根據(jù)應(yīng)用要求分別設(shè)計了代法設(shè)計了整個平臺。為將整體剛度供了指導(dǎo)。該平臺用于微透鏡模具銑5b) 所示，XY 平臺在 X 和 Y 中執(zhí)行構(gòu)中的寄生運(yùn)動。

圖 1-4 3-DOF 微動柔性并聯(lián)平臺西班牙巴斯克大學(xué)的 Campa 等[20]提出了一種 3-PRS 柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖 1-5所示。該機(jī)構(gòu)有三個自由度，分別是在 Z 方向上實現(xiàn)±2mm 的移動以及圍繞 X 軸和 Y 軸實現(xiàn)±0.2o的兩個轉(zhuǎn)動。根據(jù)應(yīng)用要求分別設(shè)計了柔性旋轉(zhuǎn)鉸鏈和柔性球鉸，然后基于有限元迭代法設(shè)計了整個平臺。為將整體剛度、位移和應(yīng)力與柔性鉸鏈的幾何參數(shù)相關(guān)聯(lián)提供了指導(dǎo)。該平臺用于微透鏡模具銑削的 5 自由度混合銑床，混合平臺如圖 1-5b) 所示，XY 平臺在 X 和 Y 中執(zhí)行大行程運(yùn)動，并可以補(bǔ)償 3-PRS 柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的寄生運(yùn)動。

a) 6-DOF 柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)實物圖 b) 柔性運(yùn)動支鏈圖 1-6 6-DOF 柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)1.2.1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國科學(xué)院的楊桂林等[22]成功開發(fā)了一個 3-DOF 柔性并聯(lián)平臺，其中移動平臺通過三個支鏈連接到基座，如圖 1-7 所示。首先選取了 3-PPS 構(gòu)型，為了獲得大的工作空間，在設(shè)計中采用了基于梁的撓性萬向節(jié)，由于基于梁的撓性萬向節(jié)能夠適應(yīng)微小的移動和偏轉(zhuǎn)，將結(jié)構(gòu)修改為 3PU 構(gòu)型，它可以在 5°×5°×5mm 的工作空間內(nèi)分別達(dá)到20nm和0.05rad的位置和方向分辨率，該平臺目前用于納米壓印中。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2821833