本文關(guān)鍵詞：5-DOF光柵拼接并聯(lián)裝置的優(yōu)化設(shè)計與實驗驗證

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【摘要】：隨著新能源、天文物理學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展,大尺寸光柵的制取得到國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。大尺寸光柵常采用多塊小口徑光柵機械式拼接的方法制備。并聯(lián)機構(gòu)具有剛度大、承載能力強、響應(yīng)速度快、精度高等優(yōu)點,被廣泛用于光柵機械式拼接裝置中。目前光柵拼接并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計理論研究較少,因此從理論上對光柵拼接并聯(lián)機構(gòu)的設(shè)計進行研究具有重要的現(xiàn)實意義和研究價值。首先根據(jù)光柵拼接對機構(gòu)自由度及運動性質(zhì)的要求,基于虛擬鏈法進行并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)型綜合,得到所有滿足要求的構(gòu)型。然后考慮拼接過程中大負載、高精度、高穩(wěn)定性的要求,同時兼顧制造裝配的難易程度、經(jīng)濟性等方面的因素,通過確定運動鏈類型、運動支鏈的數(shù)目及形式,最終得到最優(yōu)的機構(gòu)構(gòu)型。依據(jù)光柵拼接的機構(gòu)優(yōu)化要求,以姿態(tài)角為0時的內(nèi)接矩形面積及基于雅可比矩陣的剛度矩陣模型分別建立光柵拼接機構(gòu)的工作空間及剛度目標函數(shù);以并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為結(jié)合點,分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)對優(yōu)化目標函數(shù)的影響,選取對工作空間和剛度目標函數(shù)影響大的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為優(yōu)化的變量對光柵拼接機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,得到滿足工作空間的剛度最大的一組結(jié)構(gòu)參數(shù)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。以機構(gòu)優(yōu)化中對支鏈長度及鉸鏈點的布局優(yōu)化為基礎(chǔ),確定主動支鏈、動平臺及框架部分的結(jié)構(gòu)尺寸,完成光柵拼接并聯(lián)實驗裝置設(shè)計。首先對機構(gòu)的支鏈及柔性部件進行設(shè)計計算和力學(xué)分析。然后對拼接機構(gòu)的整體模型進行靜力仿真和模態(tài)仿真,分析機構(gòu)的可行性。最后通過比較不同的被動支撐位置對機構(gòu)靜力變形和模態(tài)的影響,對被動支鏈進行優(yōu)化,得到光柵拼接并聯(lián)裝置整體優(yōu)化的結(jié)果。完成壓電陶瓷微驅(qū)動模塊的位移特性測試實驗,并對微驅(qū)動模塊的輸入、輸出特性進行分析。對光柵拼接并聯(lián)裝置進行運動精度控制實驗與穩(wěn)定性測試實驗,實驗結(jié)果表明光柵拼接并聯(lián)裝置的運動精度與穩(wěn)定性所滿足實際工程的要求。
【關(guān)鍵詞】：光柵拼接 并聯(lián)機構(gòu) 型綜合 機構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9
• 1.2 機械式光柵拼接研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型綜合及應(yīng)用研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 目前存在的問題14
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 光柵拼接并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型綜合及優(yōu)選16-26
• 2.1 基于虛擬鏈法的構(gòu)型綜合理論基礎(chǔ)16-18
• 2.1.1 旋量理論簡介16-17
• 2.1.2 虛擬鏈法簡介17-18
• 2.2 PPS型并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型綜合18-24
• 2.2.1 根據(jù)運動螺旋系確定約束螺旋系18-19
• 2.2.2 約束旋量系分解及組合19-20
• 2.2.3 運動鏈分支的組裝20-23
• 2.2.4 機構(gòu)驅(qū)動副的選取23-24
• 2.3 并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型優(yōu)選24-25
• 2.3.1 選擇主被動運動支鏈類型24
• 2.3.2 確定主被動支鏈數(shù)目和形式24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 光柵拼接并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化26-37
• 3.1 光柵拼接機構(gòu)優(yōu)化目標選取26-30
• 3.1.1 穩(wěn)定性目標分析26-29
• 3.1.2 工作空間目標分析29-30
• 3.2 優(yōu)化目標函數(shù)確定30-33
• 3.2.1 剛度的目標函數(shù)確定30-32
• 3.2.2 工作空間的目標函數(shù)確定32-33
• 3.3 優(yōu)化變量選取及性能分析33-36
• 3.3.1 光柵拼接機構(gòu)結(jié)構(gòu)變量的確定33-34
• 3.3.2 剛度和工作空間性能分析34-35
• 3.3.3 優(yōu)化變量的選取和求解35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 光柵拼接并聯(lián)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化37-50
• 4.1 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析37-43
• 4.1.1 支鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計38-40
• 4.1.2 柔性部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析40-43
• 4.2 光柵拼接并聯(lián)裝置的有限元分析43-47
• 4.2.1 光柵拼接并聯(lián)裝置的靜力分析43-45
• 4.2.2 光柵拼接并聯(lián)裝置的模態(tài)分析45-47
• 4.3 光柵拼接裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 光柵拼接并聯(lián)裝置運動性能實驗50-56
• 5.1 微驅(qū)動模塊運動測試實驗50-52
• 5.2 運動精度測試實驗52-54
• 5.3 穩(wěn)定性測試實驗54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-57
• 參考文獻57-62
• 致謝62

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