一、三自由度并联姿态测量机构及其位姿显式解(论文文献综述)
吴石磊[1](2021)在《面向大口径光栅拼接的五自由度柔顺并联调姿机构研究》文中指出世界能源危机是人类面临的重大难题,激光惯性约束核聚变被认为是解决这一难题的重要手段。衍射光栅作为激光核聚变系统中的核心功能元件,是决定能否实现激光核聚变的关键。光栅在强激光打靶过程中极易受到物理损伤,增大其通光口径成为提高激光核聚变系统输出能量的主要技术手段之一。由于加工工艺的限制,通常利用光栅拼接调姿机构将多块小口径光栅进行机械式拼接的手段来制备大口径光栅。为保证打靶成功,调姿机构要保证拼接光栅间的平移误差达到纳米级,转动误差达到微弧度级,且打靶过程中保持长时间稳定。因此,光栅拼接调姿机构的运动精度和位姿保持精度是限制激光核聚变系统输出能量提升的主要瓶颈难题。本文面向光栅拼接调姿机构的高承载能力、高运动精度和高位姿保持性的实际设计需求,采用理论分析与实验相结合的方法,对空间柔性球铰链的力学建模、柔顺并联机构的弹性静力学建模、光栅拼接调姿机构的优化设计与位姿保持性控制等方面进行研究,旨在为大负载、高精度、高位姿保持性光栅拼接调姿机构的设计和控制提供理论及技术基础。鉴于空间柔性球铰链力学建模是柔顺并联机构设计和分析的基础,本文基于卡氏第二定理,建立空间柔性球铰链的力学模型,引入椭圆偏心角作为积分变量,推导椭圆弧型柔性球铰链的解析柔度矩阵。定义柔性球铰链的力学性能评价指标,根据力学模型分析各种椭圆弧型柔性球铰链的力学性能,揭示柔性球铰链的几何参数对铰链力学性能的影响规律,并优选出力学性能最佳的椭圆弧型柔性球铰链类型。以圆弧型柔性球铰链的理论模型为基础,考虑应力集中效应的影响,建立适用于不同几何参数的圆弧型柔性球铰链力学模型,为柔顺并联机构弹性静力学建模奠定基础,也为光栅拼接调姿机构的结构设计和尺寸优化等提供理论依据。针对柔顺并联机构力与位移高度耦合及柔性单元间复杂的串/并联拓扑连接形式,基于能量法提出一种柔顺并联机构通用弹性静力学建模方法,该方法避免了复杂内力分析及节点力平衡方程的求解。为解决该方法模型单元数较多不能显式表达柔顺并联机构输入/输出间力-位移关系的问题,本文结合柔度矩阵法和传递矩阵法,进一步提出一种基于子结构凝聚法的柔顺并联机构弹性静力学建模方法。从柔顺并联机构输入/输出的角度出发,以较少的单元数描述柔顺并联机构的静力学性能,为光栅拼接调姿机构的设计和分析提供一种简洁、有效的建模手段。为解决一般柔顺并联机构中存在的“大负载”与“高精度”之间的矛盾,引入驱动与承载单元解耦的思想,基于约束设计法提出了一种新型的五自由度光栅拼接调姿机构构型。利用子结构凝聚法,建立光栅拼接调姿机构的弹性静力学模型,研究调姿机构的输入柔度、输出柔度、运动学模型及各支链之间的运动耦合。为获得性能最优的光栅拼接调姿机构,以调姿机构的工作空间、运动分辨率和刚度等性能为目标,利用非支配排序遗传算法进行多目标优化设计,并对优化后光栅拼接调姿机构的性能进行分析与评估。为实现在激光打靶过程中光栅拼接调姿机构的高位姿保持性,研究调姿机构的闭环控制技术。首先推导调姿机构的逆运动学模型;然后建立调姿机构的位姿检测模型,实现调姿机构位姿的实时检测;最后结合调姿机构的逆运动学模型、位姿检测模型和闭环控制算法,实现调姿机构的位姿保持性控制。构建光栅拼接调姿机构原理样机以及控制系统和光学测量系统,基于搭建的一体化集成系统开展光栅拼接调姿机构原理样机的开环运动性能和位姿保持性等实验测试。通过测试调姿机构所能达到的性能指标,验证了本文设计的光栅拼接调姿机构原理样机能够满足设计要求。
张国兴[2](2021)在《并联及混联式天线支撑机构动力学分析与设计》文中认为天线是航天探测、导航预警和军事侦查等领域中数据信息交互的重要设备,并联天线支撑机构具有结构刚度大、承载能力强以及误差累计小等特点,能够带动反射面实现连续转动进而有效避免探测盲区,有助于提高天线系统稳定性和指向精度。本文针对航空航天领域对天线支撑机构轨迹追踪的任务要求,开展并联及混联式天线支撑机构关键技术和基础问题的研究,旨在从构型分析、运动学与动力学和结构设计等方面,进行并联式天线支撑机构的设计和应用问题探究。主要研究内容如下:针对旋量理论基本原理及应用进行系统阐述,归纳速度旋量与力旋量坐标变换及其微分变换表达式,揭示刚体角速度、速度旋量与李群、李代数的联系,阐释空间加速度及刚体的力平衡方程表达式,为全文研究内容奠定理论基础。以承载性能强的六自由度并联天线支撑机构为研究对象,开展六自由度并联式天线支撑机构运动位姿仿真,推导并联式天线支撑机构约束矩阵及其微分表达式,借助旋量理论及刚体力平衡方程开展并联式天线支撑机构动力学分析,借助仿真软件对并联式天线支撑机构动力学模型进行验证,考虑分支刚度开展并联式天线支撑机构振动特性分析,通过对比分析研究基于旋量理论建立的动力学模型的计算精度问题。将2UPS-PU三自由度并联机构应用为并联式天线支撑机构,分析2UPS-PU并联式天线支撑机构的自由度性质,研究2UPS-PU并联式天线支撑机构俯仰、方位和收藏运动能力,对2UPS-PU并联式天线支撑机构进行运动学分析,结合2UPS-PU并联式天线支撑机构的约束矩阵建立机构动力学模型,分析2UPS-PU并联式天线支撑机构工作空间,结合2UPS-PU并联式天线支撑机构运动轨迹,对2UPS-PU并联式天线支撑机构运动学和动力学理论模型进行仿真验证。将3-RSR三自由度并联机构应用为并联式天线支撑机构,推导3-RSR并联式天线支撑机构的约束矩阵及其微分形式,以及各杆件的速度旋量、空间加速度表达式,基于旋量理论和力平衡关系建立考虑风载荷3-RSR并联式天线支撑机构的动力学模型,考虑3-RSR并联式天线支撑机构运动状态,对考虑风载荷的动力学模型进行仿真研究。考虑天线反射面极化转动要求,以3-RSR并联式天线支撑机构为原型,构造适于非圆极化天线的3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构,基于旋量理论分析混联式天线支撑机构自由度性质,开展混联式天线支撑机构运动与包络空间分析,基于力旋量迁移原理对混联式天线支撑机构进行静力学分析,借助有限元软件研究机构典型位姿的变形情况,运用旋量理论对3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构进行运动学和动力学分析,开展混联式天线支撑机构结构设计并研制样机。开展并联式天线支撑机构实验样机关键部件设计,进行电气系统和软件系统设计与选型,设计系统的控制器和驱动器主电路,开发并联式天线支撑机构控制系统人机交互界面,基于实验样机对并联式天线支撑机构运动特性进行测试,对并联式天线支撑机构运动性能及轨迹追踪精度进行验证。
宋井科[3](2021)在《一种两转一移3-UPU并联运动模拟器的设计与分析》文中指出运动模拟器在军事、科研、工程、武器研发、民用娱乐、医疗康复等领域均发挥着重要作用,涵盖海、陆、空各方面,对一个国家的科技、国防及经济建设等具有长远的战略意义。运动模拟器已经在众多汽车、飞机的仿真测试、船舶模拟、军事训练和娱乐体验等使用场合中,取得较好的模拟效果。本文基于一种具有多转动中心的两转一移3-UPU并联机构,设计出一种3自由度并联运动模拟器,能够完成升降、侧倾、俯仰三种运动,可以用来模拟飞行器、船舶、驾驶场景或应用在动感座椅等其他民用娱乐设备上。并对其进行了运动学分析、性能分析、尺度综合、有限元优化、考虑关节摩擦的动力学建模、控制分析等方面。本文的主要研究内容为:系统地分析了2R1T多转动中心3-UPU并联机构在不同几何尺寸及装配条件下的运动学反解。根据约束平面的位置及装配条件,分为5种变异机构。分析了机构的运动/力传递性能和约束性能,得出其性能与位置参数d之间的变化关系。基于性能图谱,对机构的奇异问题进行系统的分析,并通过样机对奇异的位形进行验证。基于3-UPU并联机构,设计出一种3自由度并联运动模拟器;兼顾传递性能与约束性能,对机构进行了尺度优化,根据优化的结果,初步确定了模拟器样机的尺寸。通过Solid Works和Workbench软件进行联合仿真优化,并以危险位姿的最大变形最小为优化目标,使末端平台的变形达到最小。采用封闭矢量法对3-UPU并联运动模拟器进行速度与加速度分析,得到缸体、推杆及运动平台的速度及加速度。考虑库伦摩擦,对转动及移动关节进行摩擦建模,并应用Newton-Euler方程,考虑关节摩擦建立了两转一移3-UPU并联运动模拟器的动力学模型,并应用Recur Dyn动力学仿真软件和MATLAB进行了联合仿真验证。对3-UPU并联运动模拟器在关节空间内的PID分散控制器进行设计。基于Simscape软件,建立两转一移三自由度并联运动模拟器的虚拟样机模型,并搭建控制系统,基于运动学模型,对驱动关节进行分散PID运动控制仿真。基于虚功原理,建立了可用于动力学控制的逆动力学模型。并基于Simulink中的Simscape平台,搭建控制系统进行逆动力学控制仿真验证。
杨会[4](2021)在《面向大型球冠蜂窝灌注的混联机器人机构构型设计与性能研究》文中提出针对航天器中大型球冠蜂窝结构防热层灌注问题,本文开展了基于大工作空间、高刚度和高灵巧性的串并混联灌注机器人机构构型设计与性能研究。通过对球冠工件尺寸参数以及灌注机器人功能要求的分析,分别提出了三种灌注机器人机构配置方案。根据不同灌注机器人机构配置方案对灌注机器人执行机构进行设计,最终提出了球面并联灌注机器人机构、I型和II型1T2R三自由度并联灌注机器人机构和3T2R五自由度可重构混联灌注机器人机构等四种机构构型。通过对以上提出的四种灌注机构的运动学、工作空间、奇异性和灵巧性等方面的分析与对比,最终优选出了五自由度可重构混联灌注机器人机构作为后续章节主要的研究对象,并对其进行了尺度综合,以获得在灌注任务工作空间内具有良好运动学性能的混联机器人机构的最优结构参数。根据优化后机构参数,对混联机器人机构进行了动力学分析、刚度分析、误差分析、路径规划及控制仿真研究,以上研究为混联机器人机构真实样机的制造以及在实际灌注场合的应用提供了理论依据。具体研究内容如下:(1)根据大型球冠蜂窝结构防热层灌注要求,对混联灌注机器人机构的功能自由度进行分析,并基于确定的功能自由度数对灌注机器人机构配置方案进行设计。根据不同机构配置方案提出了四种灌注机器人机构:基于多机器人操作灌注方案的球面并联灌注机构、基于龙门弧形导轨灌注方案的I型和II型三自由度3PSS-PU并联灌注机构以及基于龙门直线导轨灌注方案的五自由度可重构5PRR+5PUSPRPU混联灌注机构。通过对以上四种灌注机器人机构运动学、工作空间、奇异性、灵巧性和灌注效率等方面的分析和对比,最终优选出了具有大工作空间、高灵巧性和高灌注效率的五自由度可重构5PRR+5PUS-PRPU混联灌注机构作为后续主要研究的对象。(2)以优选出的五自由度可重构混联灌注机构为研究对象,对其进行了尺度综合和动力学分析。首先,通过对单独的5PUS-PRPU并联机构和5PRR+5PUS-PRPU混联机构的可达工作空间和任务工作空间的对比,说明了可重构5PRR并联基座设计的必要性和优点,同时介绍了混联机器人机构在灌注顶端和边缘位置蜂窝时可重构基座不同的位置。其次,对机构优化变量和约束条件进行了设计,并基于量纲统一的雅可比矩阵条件数均值和方差,提出了全域综合目标函数。为获得在所有任务工作空间内具有良好性能的混联机器人机构的最优结构参数,对可重构基座不同位置的混联机器人机构分别进行了尺度综合。然后,根据虚功原理,建立了混联机构的动力学模型,得到了机构各构件与动平台之间的速度和加速度映射关系矩阵。最后,利用计算仿真软件对动平台两种运动路径下驱动副的位移、速度、加速度和驱动力进行数值仿真。通过对不同路径下驱动相关运动参数的理论曲线和仿真曲线对比,验证了动力学建模的正确性。(3)基于螺旋理论,建立了五自由度可重构混联灌注机器人机构的半解析刚度模型。首先,对一般并联机构半解析刚度模型建立的方法进行了介绍,利用动平台运动螺旋与外力螺旋、末端连杆运动螺旋与支链力螺旋对偶的特点,分别建立了动平台与各个支链之间和支链与支链中弹性元件之间的刚度映射模型,并基于此建立了并联机构的整体刚度模型。其次,根据以上介绍的半解析法刚度建模理论,分别建立了5PRR并联机构和5PUS-PRPU并联机构的刚度模型,最终得到了混联灌注机器人机构整体的刚度模型。最后,提出基于刚度矩阵的线刚度和角刚度对混联机器人机构的刚度进行评价。通过对动平台固定位姿下线刚度和角刚度的理论计算和有限元分析结果的对比,验证了半解析刚度建模的正确性。(4)以五自由度混联灌注机器人机构为研究对象,基于局部指数积公式对其进行了误差建模和仿真研究。首先,通过将支链逆运动学问题分解成若干个已知解的Paden-Kahan子问题,求得了混联机构各支链中关节的运动量。其次,利用局部指数积公式分别对5PRR和5PUS-PRPU并联机构进行了误差建模,并根据旋量理论对支链中不可测关节的误差进行了消除,得到了满足完整性和连续性的混联机器人机构误差模型。然后,通过构造辨识矩阵的零空间和行空间矩阵的标准正交基,对冗余运动学参数进行消除,得到了只含有独立运动参数的误差模型。最后,根据建立的混联机器人机构误差模型和面向机构参数辨识的正逆解数值算法,对混联机器人机构在不考虑随机扰动和考虑随机扰动两种情况下进行了误差仿真分析,结果验证了误差模型的正确性和误差分析对机构精度提高的有效性。(5)根据混联机器人机构的灌注特点,对动平台设计了圆形、正方形和往复直线三种灌注路径,并针对不同灌注路径进行路径规划,得到了固定坐标系下不同的路径方程。采用传统PID控制算法,对五自由度混联灌注机器人机构进行控制仿真系统设计,并对提出的三种动平台的灌注任务路径进行了控制仿真研究。仿真结果中不同灌注路径误差曲线表明,混联灌注机器人机构能够实现末端动平台的三种任务路径运动,为混联灌注机器人机构在实际灌注场合中的应用提供了理论指导。
高鹏飞[5](2021)在《2-RRU&RSR并联机构运动学分析与参数优化研究》文中研究表明机器人在现如今的生活、生产中显现出提高效能的作用,其中串联机器人在很长的时间内引领着工业机器人的发展,然而由于其本身存在着一定的局限性,研究人员引入并联机器人对该领域进行补充。并联机器人的成功应用经验有很多,比如微动机构、分拣机器人、医用机器人和空间定位器等等。针对并联机构的研究主要包括运动学分析、动力学分析、工作空间、奇异位形、尺度综合和参数优化等几个大方面。本文的研究对象为一2-RRU&RSR并联机构,该机构具有一个平移与两个转动的自由度。针对该机构本文进行了运动学正、逆解方程,工作空间,奇异位形的分析,并最终针对机构的性能进行参数优化。(1)对课题的研究背景与意义进行阐述,对目前少自由度并联机构的研究方法进行综述,对2R1T并联机器人运动学和参数优化的分析方法进行归纳总结。(2)将2-RRU&RSR并联机构的结构组成进行了描述,基于螺旋理论对该并联机构的自由度数进行求解,最终得到该机构的运动平台具有两转动一移动的空间自由度。随后根据机构一般状态下的结构关系,利用空间矢量法得到该机构的运动学方程和位置正解、逆解。(3)基于其运动学分析计算对2-RRU&RSR并联机构进行奇异位形的求解。同时,利用MATLAB软件编制程序的强大计算能力,用于给定参数下对象机构的工作空间绘制。(4)基于ADAMS的设计研究功能绘制仿真曲线,得到了并联机构几个重要参数与其性能的关系曲线。最后,将机构进行参数化建模,经过分析得到对该机构性能影响最大的几个参数,并将其设定为设计变量,经过优化计算得到设计变量的具体数值组合使得机构性能达到较优值,这一步骤实现机构参数优化的目的。
项升[6](2020)在《全驱动绳悬吊并联机器人动态轨迹规划研究》文中研究说明绳悬吊并联机器人(Cable Suspened Parallel Robots,CSPRs)是使用多根并联绳索驱动悬吊动平台的并联机器人,是绳驱动并联机器人中的重要的一类。得益于绳索质量轻且可伸展比高,绳悬吊并联机器人有着工作空间大,惯量低,动态性能好和负载/质量比高的突出优点,在运动模拟器、巨型天文望远镜、大尺度增材制造和物流搬运等领域得到广泛的应用。由于绳索单边张力约束这一根本性动力学约束的存在,绳悬吊并联机器人的轨迹规划问题需要专门研究。目前对CSPRs的研究大多将机器人的运动限定在静态工作空间内,在此假设下CSPRs末端执行器的可达范围通常小于其基座的水平投影范围。在静态工作空间内动平台的重力即可以保持绳索张紧,而动态轨迹利用了动平台的惯性力和重力一起保持所有绳索的张紧,这突破了静态工作空间的范围限制。本文针对绳悬吊并联机器人的动态轨迹规划问题,将CSPRs作为动力学控制的系统,规划超出CSPRs静态工作空间的动态轨迹,从而来拓展CSPRs的工作空间。本文建立了CSPRs的运动学、动力学模型和张力不等式约束,分析了动平台运动超出机器人静态工作空间时的加速度约束。发现了动平台的可行加速度方向随着其运动超出静态工作空间变的越来越狭窄,且只有在指向静态工作空间的方向上可行。使用最优控制理论推导平面两自由度CSPR最优时间的沿水平直线起摆的运动方程,根据其轨迹位置-速度相图发现了通过符合张力约束的多次摆动来逐步的增加动力学系统储存的总能量,从而使动平台的摆动远远超出静态工作空间。针对现有点对点轨迹规划方法只能规划最多有一次摆动中间点轨迹的问题,本文提出了基于基础轨迹和随机树搜索算法的三平移运动的三索驱动-三自由度点质量CSPRs的点对点动态轨迹规划方法,其具有自动生成多次摆动轨迹中间点的能力,大幅增加了规划的成功率。针对现有规划方法只能产生特殊种类的周期运动和转移运动轨迹这一问题,提出了三平移运动CSPRs基于线性时变模型预测控制的非简谐周期动态轨迹规划和转移动态轨迹规划方法。首先对三平移运动CSPRs的动力学模型进行基于绳长反馈的全局线性化,得到时变的线性动力学模型。基于时变的线性动力学模型,提出了基于线性规划的优化算法,其可以在符合张力约束下的生成一般的非简谐周期运动。通过解耦动平台在笛卡尔空间下的加速度约束,提出了两步的转移轨迹设计方法。首先给出笛卡尔坐标系下重力方向周期转移轨迹的参数化方程,随后基于滚动时域优化控制得到水平方向的转移轨迹,最终建立了有通用性的三平移运动的周期转移轨迹规划算法。针对六自由度CSPRs的点对点运动、周期及转移运动的动态轨迹规划问题,首先使用可行力旋量锥分析了六自由度CSPRs的动力学特性,建立了低维与高维CSPRs摆动动力学的相似性联系,随后使用三自由度的CSPR生成了六自由度CSPR的三平动轨迹优化初值。最终建立了六自由度CSPRs的点对点、周期及转移轨迹轨迹优化问题的规范形式,并给出其转化为基于切比雪夫多项式的NLP问题标准型的求解流程,从而提出了一种有通用性的六自由度CSPRs动态轨迹优化算法。设计了CSPR实验系统和基于张力反馈的绳长跟踪控制器,搭建了三自由度点质量CSPR实验系统和六自由度CSPR实验系统。利用实验系统和外部的视觉运动捕捉系统,对前面规划的动态轨迹进行了实验验证,证明了本文提出的规划算法得到的轨迹在实际机器人系统上的可行性和准确性。本文围绕CSPRs的动态轨迹规划所开展的研究,为CSPRs的工作空间拓展提供了坚实的理论基础。本文的研究成果对CSPRs的轨迹规划研究具有一定的理论指导意义和工程实践价值。
欧阳凯[7](2020)在《3-PUU并联坐标测量机测头位姿误差影响及分析》文中指出并联机构具有运动惯性小、刚度大、误差平均效应等优势,被广泛应用于机器人、机床等领域。利用并联机构优点,课题组运用3-PUU构型研发了一款坐标测量机,旨在拓宽并联机构在精密测量领域的应用,该项目得到了国家自然科学基金的支持。本论文主要围绕并联坐标测量机相关误差特性开展比较深入的研究。本论文工作主要包括:第一,基于3-PUU并联坐标测量机结构和闭环矢量法原理,建立测量机测头位姿的运动学反解与正解模型,据此进一步建立测量机测头位姿误差模型,根据测量机测头位姿误差模型以及蒙特卡罗法基本原理,设计位姿误差解算程序,从而为实现测量机测量功能以及测量机误差分析奠定理论基础。第二,研究铰链位置误差对测头位姿误差的影响。铰链位置误差包含滑块运动误差分量和铰链装配位置误差分量。针对滑块运动误差,采用双频激光干涉仪测量其运动直线度误差、以自准直仪测量其角运动误差探明滑块运动误差规律。采用蒙特卡罗法分析铰链装配位置误差以及滑块运动误差耦合作用下测头位姿误差概率分布和标准差分布,比较工作空间内误差分布特点及差异性,分析表明相比于滑块运动误差,铰链装配位置误差对测头位姿误差影响度更显着。第三,本论文系统研究杆长误差对测头位姿误差的影响。采用蒙特卡罗法分析杆长误差下的测头位姿误差概率分布和标准差分布。并针对杆长误差对测头位姿误差影响开展实验。实验和仿真结果表明杆长误差对测头X坐标轴方向的位置误差影响大于Y方向。第四,研究滑块运动误差、铰链装配位置误差和杆长误差综合误差对测头位姿误差的影响。采用蒙特卡洛法分析滑块运动误差、铰链装配位置误差和杆长误差综合作用下的测头位姿误差概率分布和标准差分布。研究表明铰链装配位置误差对测头位姿误差影响最显着,滑块运动误差影响最小;工作空间内不同位置处,不同位姿误差分量间,误差分布都不同,工作空间边缘处位姿误差最大,更具体地表现为X向位置误差最大,Z向位置误差最小,姿态角α误差最大,姿态角β误差最小。
胡榄庆[8](2020)在《一种结构冗余平面并联机构的奇异规避及性能优化研究》文中进行了进一步梳理并联机构相较于串联机构具有高刚度、大负载能力、敏捷性等优势而被视为机构学研究热点,但传统并联机构工作空间小,且其内部存在奇异,严重制约了并联机构的优点发挥。为解决此问题,本文将结构冗余引入并联机构设计中,以便规避机构的奇异位形、扩展机构的工作空间,并提高其机构性能。在此背景下,本文以一种平面三自由度结构冗余并联机构为载体,研究冗余结构对并联机构工作空间尺寸、奇异位形规避和性能优化的影响。首先,分析了机构的结构构成,依据其结构特点借助闭环矢量分析法建立了该机构的运动学反解模型。通过对比仿真与理论模型的驱动数值,确定了与机构初始安装位形唯一对应的反解公式。然后,基于建立的整机雅克比矩阵、奇异发生条件及反解约束条件,绘制了该机构的工作空间-奇异图谱。借助图谱提出“过渡层—通道方法”,制定了三类典型任务,以证明结构冗余可以赋予并联机构扩展工作空间及规避奇异的能力。同时,以可操作度、最小奇异值、各项同性及灵巧度为机构运动性能评价指标,分析该机构各项运动性能的分布特点,证实结构冗余对机构运动学性能有调节作用。其次,借助虚功原理建立了考虑结构冗余闭环支链特点的机构静力学、动力学理论模型,为力学模型设定动平台施加变载荷与定载荷的数值任务,将理论与仿真结果作对比,证明了搭建力学模型的正确性。在静力学分析时以驱动受力/力矩为指标,将传统3-RRR平面并联机构作为对比项,证明了结构冗余设计可提升机构静力学性能。在动力学分析时,首先提出面向任务轨迹的结构冗余值筛选算法、评价安全工作区域的指标,由此绘制出安全工作区域图谱,求得满足指标要求的结构冗余值范围,并进一步以驱动总功耗和峰值功耗为动力学性能评价指标,结合传统3-RRR平面并联机构的相关动力学性能,优化出改善机构动力学性能的最优结构冗余值,证明结构冗余有益于机构动力学性能的改善。再次,以工作空间最大化为优化目标,采用单目标单变量及单目标多变量离散优化法,借助机构实际加工条件等约束条件,优选出符合设定要求及优化目标的最优结构参数组。最后,对机构给定任务路径后的驱动动作策略制定进行了研究;通过实物样机制作,验证了机构运动能力及性能特点。
吴强[9](2020)在《全自动锡膏印刷设备误差分析与终端位姿预测研究》文中研究表明表面贴装技术(Surface Mounted Technology,SMT)作为电子信息产业的关键基础行业之一,随着电子产品轻便化、小巧化、超薄化发展,工业界对SMT技术的要求越来越高。锡膏印刷工艺作为SMT技术的关键工序之一,对SMT产品质量有着决定性影响。锡膏印刷工艺主要由全自动锡膏印刷设备完成,自21世纪以来,中国SMT技术飞速发展,但全自动锡膏印刷设备与国外品牌还存在一定的差距。我国锡膏印刷设备逐渐向高端设备进军,研制高精度设备是SMT行业亟待解决问题,也是提升本国信息产业核心竞争力的重要方向。本文以全自动锡膏印刷设备为研究对象,为提高设备性能提出了一种基于集成多目标回归预测链的全自动锡膏印刷设备对位平台终端位姿预测方法,本文主要研究内容如下:首先,对全自动锡膏印刷设备建立了整机运动模型,对三自由度并联对位平台进行了运动学分析,推导了正解模型与逆解模型,研究了平台的奇异位形;在定义运动姿态的基础上求解了对位平台的对位算法,并通过仿真实验验证算法的有效性;分析了对位平台输入参数及制造、装配相关误差对设备精度的影响,并总结了全自动锡膏印刷设备其他误差。然后,利用机器学习算法对全自动锡膏印刷设备对位平台终端位姿进行预测,在单目标XGBoost(Extreme Gradient Boosting)预测算法的基础上提出了集成多目标回归链的多目标预测算法XGB-ERC(XGBoost Ensemble of Regressor Chains),并通过对比实验验证了本方法对具有相关关系的终端位姿预测效果更优。最后,对全自动锡膏印刷设备进行调校,在锡膏印刷设备正常工作状态下进行数据采集;在设备实时工作数据的基础上将XGB-ERC方法与传统机器学习方法对比,进一步验证本方法的有效性;进行了基于XGB-ERC方法预测的对位平台终端位姿的锡膏印刷过程补偿仿真实验,验证了本文提出方法能够减小全自动锡膏印刷设备误差,从而提高设备的印刷性能,对SMT行业的发展具有重要的参考价值。
董成林[10](2020)在《一种新型五自由度混联机器人的参数化建模与集成设计方法研究》文中认为本文密切结合我国高端装备制造中对大型构件现场加工的重大需求,系统研究了一种高性能五自由度混联加工机器人的构型创新、参数化建模与性能评价,以及基于综合性能驱动的设计理论与方法,并开展了与这些研究内容相关的实验验证工作。全文取得了以下创新性成果:(1)构型综合、优选与机构创新从分析平面运动链的共面约束入手,提出一种综合一类过约束1T2R(T——平动,R——转动)并联机构构型的新方法,具有可视性好、简单直观,易于工程技术人员掌握等优点。提出了按照末端位姿能力恰当性、支链结构力学合理性、装备可重构性等遴选适合制成加工机器人模块的选型准则。根据上述构型综合方法和选型准则,创造性地发明了一种新型五自由度混联机器人——Tri Mule,具有模块化程度高、可重构能力强等优点,可用于搭建形式多样的机器人化作业单元与制造系统,应用前景广阔。(2)参数化建模与性能评价将旋量理论与结构力学有机结合,提出了一套Tri Mule机器人运动学、刚体动力学、静刚度及弹性动力学参数化建模方法,所建模型具有列式简洁且力学意义清晰的优点。在此基础上,针对加工用机器人的多种性能需求,利用矩阵奇异值理论和模态分析理论,建立了一套评价1T2R机构与整机系统运动学和动力学性能的评价指标体系,并借助响应面分析全面清晰地揭示出关键参数对系统局部和全域性能的影响规律,进而为指导Tri Mule机器人整机系统的集成设计提供了重要的理论依据。(3)基于综合性能驱动的设计理论与方法提出了主参数驱动、层次化和局部性能替代等设计策略,为降低Tri Mule机器人系统的设计复杂度和提高设计效率提供了一套行之有效的设计思路。在此基础上,采用主参数驱动的关联设计、子系统静刚度匹配与CAD-CAE信息交互等设计思想和设计手段,提出了一种兼顾工作空间/机构体积比、加减速能力和静动态特性等多种性能的优化设计方法,形成了一套集机械结构方案设计、关键参数优化设计、综合性能快速预估与驱动器参数选型于一体的Tri Mule机器人数字样机设计体系和设计流程,进而为工程样机的开发奠定了坚实的理论基础。利用本文提出的设计理论与方法,成功研制出Tri Mule-600机器人工程样机。实验研究结果表明,该机器人任务空间/机构体积比达到2.7;末端参考点最大线速度和线加速度达到60 m/min和1G;末端参考点切向最小静刚度与整机系统一阶固有频率在任务空间80%内优于2.1 Nμm和24 Hz。所开发的工程样机综合性能优良,已在铝合金薄壁结构件镜像铣削、铝合金/复材/钛合金叠层构件螺旋铣孔等应用中得到了验证。本文研究成果对丰富和发展混联机器人的设计理论与方法,促进我国高性能机器人化加工装备的自主创新和工程应用具有重要的理论意义和实用价值。
二、三自由度并联姿态测量机构及其位姿显式解(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、三自由度并联姿态测量机构及其位姿显式解(论文提纲范文)
(1)面向大口径光栅拼接的五自由度柔顺并联调姿机构研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.1.1 课题研究背景 |
1.1.2 研究的目的和意义 |
1.2 光栅拼接研究现状 |
1.2.1 光栅拼接机构 |
1.2.2 位姿保持性控制 |
1.3 柔顺并联机构研究现状 |
1.3.1 柔顺并联机构的应用 |
1.3.2 柔顺并联机构的设计方法 |
1.3.3 柔顺并联机构的弹性静力学建模方法 |
1.4 国内外研究现状综述 |
1.5 本文的主要研究内容及论文框架 |
第2章 空间柔性球铰链力学建模与性能分析 |
2.1 引言 |
2.2 基于卡氏第二定理的椭圆弧型柔性球铰链力学建模 |
2.2.1 空间柔性球铰链力学模型 |
2.2.2 椭圆弧型柔性球铰链的解析柔度矩阵 |
2.2.3 椭圆弧型柔性球铰链的柔度模型验证 |
2.3 椭圆弧型柔性球铰链类型优选与性能分析 |
2.3.1 性能评价指标的定义 |
2.3.2 椭圆弧型柔性球铰链的类型优选 |
2.3.3 圆弧型柔性球铰链的性能分析 |
2.3.4 有限元仿真与实验验证 |
2.4 考虑应力集中效应的圆弧型柔性球铰链力学建模 |
2.4.1 圆弧型柔性球铰链的应力集中效应 |
2.4.2 考虑应力集中效应的力学模型 |
2.4.3 力学模型验证 |
2.5 本章小结 |
第3章 柔顺并联机构的弹性静力学建模方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 基于能量法的柔顺并联机构通用弹性静力学建模 |
3.2.1 单元刚度矩阵的推导 |
3.2.2 柔顺并联机构通用弹性静力学模型 |
3.2.3 柔顺并联机构通用弹性静力学模型验证 |
3.3 基于子结构凝聚法的柔顺并联机构弹性静力学建模 |
3.3.1 单元传递矩阵的推导 |
3.3.2 柔顺并联机构弹性静力学模型 |
3.3.3 柔顺并联机构弹性静力学模型验证 |
3.4 本章小结 |
第4章 五自由度光栅拼接调姿机构的优化设计与性能分析 |
4.1 引言 |
4.2 光栅拼接调姿机构的设计 |
4.2.1 基于约束设计法的光栅拼接调姿机构构型综合 |
4.2.2 光栅拼接调姿机构的结构设计 |
4.3 光栅拼接调姿机构的参数优化 |
4.3.1 光栅拼接调姿机构弹性静力学模型 |
4.3.2 基于遗传算法的多目标优化 |
4.4 光栅拼接调姿机构的性能分析 |
4.4.1 工作空间分析 |
4.4.2 刚度分析 |
4.4.3 运动学分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 五自由度光栅拼接调姿机构构建与实验研究 |
5.1 引言 |
5.2 光栅拼接调姿机构原理样机及实验系统搭建 |
5.2.1 光栅拼接调姿机构原理样机构建 |
5.2.2 光栅拼接调姿机构的控制系统搭建 |
5.2.3 光栅拼接调姿机构的光学测量系统搭建 |
5.3 光栅拼接调姿机构的性能测试 |
5.3.1 开环运动性能测试 |
5.3.2 位姿保持性测试 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
个人简历 |
(2)并联及混联式天线支撑机构动力学分析与设计(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的和意义 |
1.1.1 课题背景 |
1.1.2 研究的目的和意义 |
1.2 天线支撑机构研究概况 |
1.2.1 串联式天线支撑机构研究概况 |
1.2.2 并联式天线支撑机构研究概况 |
1.3 机构学理论研究概况 |
1.3.1 旋量理论研究概况 |
1.3.2 并联机构动力学研究概况 |
1.3.3 混联机构研究概况 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 旋量理论与应用方法分析 |
2.1 引言 |
2.2 旋量及其坐标变换 |
2.2.1 旋量的物理应用 |
2.2.2 速度旋量和力旋量的坐标变换 |
2.2.3 旋量坐标变换矩阵的微分变换 |
2.3 基于旋量的机构运动学分析方法 |
2.4 基于旋量的机构受力分析方法 |
2.5 本章小结 |
第3章 基于旋量的6-UPS并联式天线支撑机构分析 |
3.1 引言 |
3.2 6-UPS并联式天线支撑机构位姿分析 |
3.2.1 并联式天线支撑机构位姿描述 |
3.2.2 并联式天线支撑机构运动姿态仿真 |
3.3 6-UPS并联式天线支撑机构运动学分析 |
3.4 6-UPS并联式天线支撑机构动力学分析 |
3.4.1 并联式天线支撑机构动力学建模 |
3.4.2 并联式天线支撑机构动力学仿真验证 |
3.5 6-UPS并联式天线支撑机构动力学对比 |
3.5.1 动平台动力学方程 |
3.5.2 分支动力学方程 |
3.5.3 整体动力学方程 |
3.5.4 动力学模型对比分析 |
3.6 6-UPS并联式天线支撑机构振动特性分析 |
3.6.1 初始位姿振动特性仿真 |
3.6.2 横滚振动特性仿真 |
3.7 本章小结 |
第4章 2UPS-PU三自由度并联式天线支撑机构分析 |
4.1 引言 |
4.2 2UPS-PU并联式天线支撑机构位姿分析 |
4.2.1 2UPS-PU并联式天线支撑机构构型描述 |
4.2.2 2UPS-PU并联式天线支撑机构自由度分析 |
4.2.3 2UPS-PU并联式天线支撑机构位置反解分析 |
4.2.4 2UPS-PU并联式天线支撑机构工作空间 |
4.2.5 2UPS-PU并联式天线支撑机构位姿分析 |
4.3 2UPS-PU并联式天线支撑机构运动学分析 |
4.4 2UPS-PU并联式天线支撑机构动力学分析 |
4.4.1 2UPS-PU并联式天线支撑机构动力学建模 |
4.4.2 2UPS-PU并联式天线支撑机构动力学仿真验证 |
4.5 本章小结 |
第5章 3-RSR三自由度并联式天线支撑机构分析 |
5.1 引言 |
5.2 3-RSR并联式天线支撑机构位姿分析 |
5.2.1 3-RSR并联式天线支撑机构位置反解 |
5.2.2 3-RSR并联式天线支撑机构工作空间 |
5.2.3 3-RSR并联式天线支撑机构初始位姿描述 |
5.2.4 3-RSR并联式天线支撑机构运动位姿描述 |
5.3 3-RSR并联式天线支撑机构运动学分析 |
5.4 3-RSR并联式天线支撑机构动力学分析 |
5.4.1 3-RSR并联式天线支撑机构动力学建模 |
5.4.2 3-RSR并联式天线支撑机构动力学仿真验证 |
5.5 本章小结 |
第6章 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构分析 |
6.1 引言 |
6.2 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构描述与工作过程 |
6.2.1 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构描述 |
6.2.2 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构自由度分析 |
6.2.3 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构运动过程分析 |
6.2.4 典型天线支撑机构对比 |
6.3 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构静力学分析 |
6.3.1 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构受力分析 |
6.3.2 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构有限元仿真 |
6.4 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构位姿描述 |
6.4.1 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构初始位姿描述 |
6.4.2 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构运动位姿描述 |
6.5 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构运动学分析 |
6.6 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构动力学分析 |
6.6.1 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构动力学建模 |
6.6.2 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构仿真验证 |
6.7 3-R(RRR)R+R混联式天线支撑机构振动特性分析 |
6.8 混联式天线支撑机构样机设计与研制 |
6.8.1 传动支链结构设计 |
6.8.2 极化转动机构设计 |
6.8.3 混联式天线支撑机构样机研制 |
6.9 本章小结 |
第7章 并联式天线支撑机构系统设计与实验研究 |
7.1 引言 |
7.2 并联式天线支撑机构样机研制 |
7.2.1 定/动平台及连接结构设计 |
7.2.2 传动支链结构设计 |
7.2.3 并联式天线支撑机构实验样机研制 |
7.3 并联式天线支撑机构控制系统开发 |
7.3.1 并联式天线支撑机构电气系统设计 |
7.3.2 并联式天线支撑机构软件系统设计 |
7.4 并联式天线支撑机构实验研究 |
7.4.1 并联式天线支撑机构俯仰和方位运动实验 |
7.4.2 并联式天线支撑机构轨迹追踪实验 |
7.4.3 并联式天线支撑机构指向精度分析 |
7.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(3)一种两转一移3-UPU并联运动模拟器的设计与分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 并联机构尺度综合发展现状 |
1.4 并联机构刚体动力学建模 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 3-UPU 并联模拟机构的运动学及其性能分析 |
2.1 引言 |
2.2 对称3-UPU并联机构简介 |
2.3 3-UPU并联机构的自由度分析 |
2.4 对称3-UPU并联机构运动学反解分析 |
2.5 3-UPU变异机构及其分析 |
2.6 机构的性能分析 |
2.6.1 传递性能分析 |
2.6.2 约束性能分析 |
2.7 奇异分析及样机实验 |
2.7.1 传递奇异 |
2.7.2 约束奇异 |
2.7.3 混合奇异 |
2.7.4 分支奇异 |
2.7.5 样机奇异验证 |
2.8 本章小结 |
第3章 3-UPU运动模拟器的样机设计与优化 |
3.1 引言 |
3.2 机械结构总体方案设计 |
3.3 并联运动模拟器的尺度优化 |
3.4 有限元分析及联合仿真优化 |
3.5 本章小结 |
第4章 考虑摩擦的3-UPU并联运动模拟器动力学建模 |
4.1 引言 |
4.2 速度与加速度分析 |
4.3 关节摩擦建模 |
4.4 基于Newton-Euler法的动力学建模 |
4.4.1 支链动力学方程 |
4.4.2 平台动力学方程 |
4.5 MATLAB与 Recur Dyn联合仿真 |
4.6 本章小结 |
第5章 3-UPU并联模拟平台的控制研究 |
5.1 引言 |
5.2 并联机器人控制器架构 |
5.3 关节空间的PID运动控制 |
5.3.1 分散PID控制 |
5.3.2 基于Simscape的分散PID控制仿真 |
5.4 关节空间的逆动力学模型控制 |
5.4.1 基于虚功原理的逆动力学建模 |
5.4.2 关节空间逆动力学控制架构 |
5.4.3 基于Simscape的关节空间IDC控制仿真 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(4)面向大型球冠蜂窝灌注的混联机器人机构构型设计与性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 引言 |
1.1 课题的研究背景 |
1.2 大型工件加工装备研究现状 |
1.3 混联机构研究现状 |
1.3.1 机构构型设计理论 |
1.3.2 尺度综合研究 |
1.3.3 动力学研究 |
1.3.4 刚度研究 |
1.3.5 误差研究 |
1.4 课题的研究意义 |
1.5 本文研究内容 |
2 灌注系统配置方案设计 |
2.1 灌注系统技术参数分析 |
2.2 灌注机器人机构功能要求分析 |
2.3 灌注机器人机构配置方案设计 |
2.3.1 多机器人操作灌注方案 |
2.3.2 龙门弧形导轨灌注方案 |
2.3.3 龙门直线导轨灌注方案 |
2.4 本章小节 |
3 灌注机器人机构构型设计 |
3.1 灌注机器人机构构型设计及结构描述 |
3.1.1 球面并联灌注机器人机构 |
3.1.2 I型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.1.3 II型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.1.4 新型五自由度混联灌注机器人机构 |
3.2 灌注机器人机构运动学分析 |
3.2.1 球面并联灌注机器人机构 |
3.2.2 I型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.2.3 II型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.2.4 新型五自由度混联灌注机器人机构 |
3.3 灌注机器人机构工作空间分析与对比 |
3.3.1 球面并联灌注机器人机构 |
3.3.2 I型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.3.3 II型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.3.4 新型五自由度混联灌注机器人机构 |
3.4 灌注机器人机构奇异性分析与对比 |
3.4.1 球面并联灌注机器人机构 |
3.4.2 I型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.4.3 II型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.4.4 新型五自由度混联灌注机器人机构 |
3.5 灌注机器人机构灵巧性分析与对比 |
3.5.1 球面并联灌注机器人机构 |
3.5.2 I型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.5.3 II型三自由度并联灌注机器人机构 |
3.5.4 新型五自由度混联灌注机器人机构 |
3.6 灌注机器人机构性能分析与对比 |
3.7 本章小结 |
4 五自由度混联灌注机器人机构尺度综合及动力学分析 |
4.1 可重构基座的设计 |
4.2 U副转角求解和雅可比矩阵建立 |
4.2.1 PUS支链中U副转角求解 |
4.2.2 雅可比矩阵统一量纲表示 |
4.3 尺度综合 |
4.3.1 变量设计 |
4.3.2 约束条件 |
4.3.3 优化设计 |
4.4 动力学分析 |
4.4.1 速度分析 |
4.4.2 加速度分析 |
4.4.3 动力学建模 |
4.4.4 数值仿真 |
4.5 本章小结 |
5 五自由度混联灌注机器人机构刚度分析 |
5.1 动平台与支链之间刚度模型 |
5.2 支链与弹性元件之间刚度模型 |
5.3 并联机构与弹性元件之间刚度模型 |
5.4 混联灌注机器人机构刚度分析 |
5.4.1 刚度建模 |
5.4.2 刚度算例 |
5.5 本章小结 |
6 五自由度混联灌注机器人机构误差分析 |
6.1 支链坐标系建立 |
6.2 支链关节运动量求解 |
6.2.1 PRR支链关节运动量求解 |
6.2.2 PUS支链关节运动量求解 |
6.2.3 PRPU支链关节运动量求解 |
6.3 混联机器人机构误差建模 |
6.3.1 5PRR并联机构误差建模 |
6.3.2 5PUS-PRPU并联机构误差建模 |
6.3.3 混联机器人机构误差模型 |
6.3.4 混联机构运动学冗余误差参数消除 |
6.4 混联机器人机构误差分析 |
6.4.1 并联机构运动学正解分析 |
6.4.2 并联机构运动学误差参数辨识 |
6.4.3 混联机器人机构误差数值仿真 |
6.5 本章小结 |
7 五自由度混联灌注机器人机构路径规划及仿真验证 |
7.1 灌注任务路径设计 |
7.2 灌注任务路径规划 |
7.3 基于PID的灌注路径控制仿真系统设计 |
7.3.1 PID控制原理 |
7.3.2 混联机器人机构控制仿真系统模型 |
7.4 灌注路径仿真及验证 |
7.4.1 基于圆形灌注路径的仿真及验证 |
7.4.2 基于正方形灌注路径的仿真及验证 |
7.4.3 基于往复直线灌注路径的仿真及验证 |
7.5 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 全文总结 |
8.2 主要创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士期间取得的成果 |
学位论文数据集 |
(5)2-RRU&RSR并联机构运动学分析与参数优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 并联机构研究现状 |
1.2.1 少自由度并联机构研究现状 |
1.2.2 2R1T并联机构研究现状 |
1.2.3 并联机构的运动学研究 |
1.2.4 并联机构的奇异位形分析 |
1.2.5 并联机构的工作空间分析 |
1.2.6 并联机构的参数优化 |
1.3 主要研究内容和方法 |
第二章 2-RRU&RSR机构运动学分析 |
2.1 引言 |
2.2 机构简介 |
2.3 自由度分析 |
2.3.1 螺旋理论基础 |
2.3.2 自由度计算 |
2.4 位置逆解分析 |
2.5 位置正解分析 |
2.6 数值计算与验证 |
2.7 本章小结 |
第三章 2-RRU&RSR机构奇异位形及工作空间分析 |
3.1 引言 |
3.2 速度分析 |
3.3 奇异位形分析 |
3.3.1 逆解奇异 |
3.3.2 正解奇异 |
3.3.3 混合奇异 |
3.4 三自由度工作空间分析 |
3.4.1 三自由度工作空间的定义 |
3.4.2 并联机构工作空间的约束 |
3.4.3 并联机构工作空间求解 |
3.5 本章小结 |
第四章 2-RRU&RSR并联机构参数优化 |
4.1 引言 |
4.2 ADAMS参数化设计简介 |
4.3 2-RRU&RSR并联机器人参数化建模 |
4.3.1 定义设计变量和约束条件 |
4.3.2 建立参数化模型 |
4.3.3 目标函数 |
4.4 2-RRU&RSR并联机器人设计研究 |
4.4.1 各参数对整体质量和的影响 |
4.4.2 各参数对总动能的影响 |
4.4.3 各参数对传递效率指数的影响 |
4.4.4 各参数对输入角度幅度的影响 |
4.4.5 各个参数对多个目标的影响 |
4.5 2RRU&RSR并联机器人优化设计 |
4.5.1 优化设计方法 |
4.5.2 2RRU&RSR并联机器人多目标优化函数的建立 |
4.5.3 单参数优化分析 |
4.5.4 多参数优化分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
在学期间取得的科研成果和科研情况说明 |
致谢 |
(6)全驱动绳悬吊并联机器人动态轨迹规划研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 绳悬吊并联机器人的研究现状 |
1.2.1 绳悬吊并联机器人的基础理论研究现状 |
1.2.2 绳悬吊并联机器人的应用研究现状 |
1.3 绳悬吊并联机器人动态轨迹规划研究现状及分析 |
1.3.1 欠驱动绳悬吊并联机器人动态轨迹规划研究现状 |
1.3.2 全驱动绳悬吊并联机器人动态轨迹规划研究现状 |
1.4 全驱动绳悬吊并联机器人动态轨迹规划存在的关键问题 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 CSPRs平动工作空间拓展分析及三平动点对点动态轨迹规划 |
2.1 引言 |
2.2 CSPRs 的运动学、动力学模型及张力约束分析 |
2.2.1 CSPRs的运动学及动力学建模 |
2.2.2 CSPRs的张力不等式约束 |
2.3 CSPRs 的平动工作空间拓展分析 |
2.3.1 动平台的加速度约束 |
2.3.2 最优时间的起摆运动 |
2.3.3 最优时间水平起摆运动的相图分析 |
2.4 点对点平动基础轨迹的参数化设计 |
2.4.1 单次摆动基础轨迹的参数化设计 |
2.4.2 水平转向基础轨迹的参数化设计 |
2.5 基于随机树搜索的三平动点对点运动的规划方法 |
2.5.1 基于采样的随机树搜索的规划算法 |
2.5.2 基于能量的距离函数设计 |
2.5.3 点对点轨迹规划算法的效率统计与分析 |
2.5.4 动态点对点运动轨迹示例 |
2.6 本章小结 |
第3章 三平动CSPRS周期及转移运动动态轨迹规划 |
3.1 引言 |
3.2 三平动CSPRS动态运动的控制预测模型 |
3.2.1 三平动CSPRs动力学分析及其解耦 |
3.2.2 水平方向轴上的状态空间预测模型 |
3.2.3 离散时间的预测模型 |
3.3 三平动CSPRS的非简谐周期轨迹规划 |
3.3.1 垂直轴方向的周期轨迹规划 |
3.3.2 周期轨迹生成优化问题的构建 |
3.3.3 生成的周期动态轨迹示例 |
3.4 基于MPC的平动周期转移轨迹规划 |
3.4.1 重力方向轴的转移轨迹规划 |
3.4.2 水平方向上对应转移轨迹的规划 |
3.4.3 构建MPC滚动优化中标准型的QP问题 |
3.4.4 规划算法的可行性和稳定性分析 |
3.5 动态转移轨迹示例及其分析 |
3.5.1 周期转移规划算法计算时间分析 |
3.5.2 转移至简谐周期轨迹 |
3.5.3 转移至非简谐周期轨迹 |
3.6 本章小结 |
第4章 六自由度CSPRS点对点、周期及转移运动动态轨迹优化 |
4.1 引言 |
4.2 六自由度CSPRS动态工作空间拓展分析 |
4.2.1 超出静态工作空间运动的六自由度CSPRs参数分析 |
4.2.2 基于可行力旋量锥的力学分析 |
4.2.3 低维与高维CSPRs摆动动力学的相似性 |
4.3 基于低维系统的轨迹优化初值生成 |
4.3.1 对应的低维系统几何参数的选取 |
4.3.2 基于低维系统的平动轨迹优化初值生成 |
4.3.3 旋转轨迹的优化初值生成 |
4.3.4 六自由度CSPRs轨迹优化问题的构建和标准型转换 |
4.3.5 六自由度CSPRs轨迹优化问题的构建 |
4.3.6 轨迹优化问题的NLP标准型转换 |
4.4 六自由度CSPRS轨迹优化问题的直接法求解 |
4.4.1 切比雪夫多项式轨迹的性质 |
4.4.2 切比雪夫多项式轨迹的重心拉格朗日插值 |
4.4.3 基于切比雪夫多项式的直接法轨迹优化求解 |
4.5 六自由度CSPRS动态轨迹示例及其分析 |
4.5.1 六自由度点对点运动轨迹示例 |
4.5.2 转移至非简谐周期轨迹示例 |
4.6 本章小结 |
第5章 CSPR实验系统设计及其动态轨迹实验验证 |
5.1 引言 |
5.2 CSPR实验系统设计 |
5.2.1 总体设计 |
5.2.2 卷筒驱动组件的设计 |
5.2.3 卷筒驱动组件测量绳长的标定 |
5.3 基于张力反馈的绳长跟踪控制 |
5.3.1 卷筒驱动组件的动力学模型 |
5.3.2 绳长跟踪控制器设计 |
5.4 三平动CSPR点对点、周期及其转移运动验证实验 |
5.4.1 三平动CSPR点对点轨迹实验 |
5.4.2 三平动CSPR周期及其周期转移轨迹实验 |
5.5 六自由度CSPR点对点、周期及其转移运动验证实验 |
5.5.1 六自由度CSPR点对点轨迹实验 |
5.5.2 六自由度CSPR周期及其周期转移轨迹实验 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(7)3-PUU并联坐标测量机测头位姿误差影响及分析(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 并联坐标测量机国内外研究现状 |
1.1.1 并联坐标测量机国外研究现状 |
1.1.2 并联坐标测量机国内研究现状 |
1.2 并联坐标测量机误差研究现状 |
1.3 论文选题意义及课题来源 |
1.4 本文主要研究内容 |
第二章 3-PUU并联坐标测量机位姿误差相关基础理论 |
2.1 测量机结构及工作原理 |
2.2 测量机坐标系和位姿描述 |
2.2.1 坐标系建立 |
2.2.2 位姿描述 |
2.3 3-PUU并联坐标测量机模型 |
2.3.1 3-PUU并联坐标测量机运动学反解模型 |
2.3.2 3-PUU并联坐标测量机运动学正解模型 |
2.3.3 3 -PUU并联坐标测量机测头位姿误差模型 |
2.3.4 蒙特卡罗法简介 |
2.3.5 位姿误差解算程序 |
2.4 小结 |
第三章 滑块运动误差 |
3.1 并联机构中滑块运动误差 |
3.2 3-PUU并联坐标测量机中滑块运动误差 |
3.3 滑块直线度误差实验 |
3.4 滑块直线度误差拟合 |
3.5 滑块角运动误差实验 |
3.6 滑块角运动误差拟合 |
3.7 本章小结 |
第四章 铰链位置误差对测头位姿误差的影响 |
4.1 铰链位置误差 |
4.2 铰链装配位置误差对测头位姿误差的影响分析 |
4.2.1 铰链装配位置误差下位姿误差概率分布 |
4.2.2 铰链装配位置误差下位姿误差标准差分布 |
4.3 铰链装配位置误差和滑块运动误差对测头位姿误差综合影响分析 |
4.3.1 铰链装配位置误差和滑块运动误差下位姿误差概率分布 |
4.3.2 铰链装配位置误差和滑块运动误差下位姿误差标准差分布 |
4.4 本章小结 |
第五章 杆长误差对测头位姿误差的影响 |
5.1 杆长误差对测头位姿误差的影响分析 |
5.1.1 杆长误差下位姿误差概率分布 |
5.1.2 杆长误差下位姿误差标准差分布 |
5.2 杆长误差实验 |
5.2.1 实验测量原理 |
5.2.2 实验装置及实验描述 |
5.2.3 实验结果分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 全参数误差对测头位姿误差的影响 |
6.1 全参数误差下位姿误差概率分布 |
6.2 全参数误差下位姿误差标准差分布 |
6.3 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 课题工作总结 |
7.2 课题工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
(8)一种结构冗余平面并联机构的奇异规避及性能优化研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 并联机构奇异性研究现状 |
1.2.2 并联机构规避奇异方法研究现状 |
1.2.3 结构冗余并联机构规避奇异及性能研究现状 |
1.3 研究内容 |
2 机构运动学及其性能分析 |
2.1 平面PM-KR机构构型简述 |
2.2 机构运动学反解 |
2.3 机构雅克比矩阵 |
2.4 机构运动学性能分析 |
2.4.1 可操作度椭球 |
2.4.2 可操作度 |
2.4.3 最小奇异值 |
2.4.4 各项同性 |
2.4.5 灵巧度 |
2.5 本章小结 |
3 机构奇异规避分析 |
3.1 PM-KR规避奇异原理阐述 |
3.2 PM-KR工作空间奇异图谱 |
3.2.1 PM-KR常见奇异分析 |
3.2.2 PM-KR工作空间—奇异图谱绘制 |
3.3 PM-KR奇异规避理论 |
0区域内的工作空间边界扩展任务'>3.3.1 |J_x|>0区域内的工作空间边界扩展任务 |
3.3.3 |J_x|=0区域内的奇异规避任务 |
3.4 本章小结 |
4 PM-KR机构静力学分析 |
4.1 PM-KR静力学理论模型 |
4.1.1 PM-KR主驱动静力学模型 |
4.1.2 局部闭环支链静力学模型 |
4.2 理论-仿真数值对比实验 |
4.2.1 恒定外载荷下的静力数值分析 |
4.2.2 变外载荷下的静力数值分析 |
4.3 PM-KR与3-RRR仿真对比实验 |
4.3.1 动平台外载荷恒定,执行沿圆轨迹变位置任务 |
4.3.2 动平台位姿固定,执行外载荷变化任务 |
4.4 本章小结 |
5 PM-KR机构动力学及其性能分析 |
5.1 PM-KR机构动能及构件雅克比矩阵 |
5.1.1 PM-KR机构动能模型 |
5.1.2 PM-KR机构能量传递效率 |
5.2 PM-KR机构动力学模型 |
5.3 机构数值分析及仿真 |
5.3.1 PM-KR机构任务设定及安全工作区域筛选 |
5.3.2 PM-KR机构能量传递效率最大化数值分析 |
5.3.3 PM-KR机构动力学性能数值分析 |
5.4 本章小结 |
6 基于工作空间最大化的结构尺寸优化、任务动作策略制定及样机搭建 |
6.1 PM-KR优化参数及其范围确定 |
6.1.1 工作空间诱因参数筛选 |
6.1.2 工作空间诱因参数范围确定 |
6.1.3 待优化参数与工作空间影响程度考察 |
6.2 PM-KR工作空间最大化下的变步长离散优化过程 |
6.3 PM-KR任务执行时驱动动作策略 |
6.4 PM-KR机构样机搭建及运动能力验证 |
6.4.1 PM-KR机构实物样机 |
6.4.2 PM-KR机构运动能力验证 |
6.5 本章小结 |
7 总结与展望 |
参考文献 |
附录 A [整机雅克比矩阵J_1元素] |
附录 B [16组工作空间—奇异图谱] |
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(9)全自动锡膏印刷设备误差分析与终端位姿预测研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 论文研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 SMT生产线及锡膏印刷设备简介 |
1.2.2 SMT技术研究现状 |
1.3 本文所研究的主要内容 |
第二章 全自动锡膏印刷机运动与误差分析 |
2.1 引言 |
2.2 全自动锡膏印刷设备建模 |
2.3 对位平台运动学建模与分析 |
2.3.1 对位平台正解与逆解模型 |
2.3.2 对位平台奇异位形分析 |
2.3.3 对位平台对位算法与仿真实验 |
2.4 对位平台误差分析 |
2.4.1 输入参数对终端姿态的影响分析 |
2.4.2 制造、装配误差对平台的影响分析 |
2.5 其他系统误差分析 |
2.6 本章小结 |
第三章 基于XGB oost算法的对位平台终端位姿预测 |
3.1 引言 |
3.2 基于XGBoost算法的对位平台终端位姿预测 |
3.2.1 XGBoost算法 |
3.2.2 对位平台终端位姿预测实验 |
3.3 基于XGB-ERC的对位平台终端位姿预测 |
3.3.1 XGB-ERC算法 |
3.3.2 XGB-ERC与XGBoost对比实验 |
3.4 本章小结 |
第四章 全自动锡膏印刷设备终端位姿预测及实验验证 |
4.1 引言 |
4.2 锡膏印刷设备调校与数据采集 |
4.2.1 锡膏印刷设备参数调校 |
4.2.2 数据采集 |
4.3 对位平台终端姿态预测效果对比实验 |
4.4 对位平台终端姿态补偿实验 |
4.5 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(10)一种新型五自由度混联机器人的参数化建模与集成设计方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
字母注释表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 并联机构的构型综合 |
1.2.2 运动学建模与性能评价 |
1.2.3 刚体动力学建模与性能评价 |
1.2.4 静刚度建模与性能评价 |
1.2.5 弹性动力学建模与动态特性评价 |
1.2.6 设计理论与方法 |
1.3 本文主要研究内容 |
第二章 过约束1T2R机构构型综合与TriMule机器人概念设计 |
2.1 引言 |
2.2 过约束1T2R并联机构的构型综合 |
2.2.1 构型综合策略 |
2.2.2 含恰约束从动支链的构型综合 |
2.2.3 不含恰约束从动支链的构型综合 |
2.3 拓扑构型的筛选准则 |
2.3.1 准则一:位姿能力匹配的恰当性 |
2.3.2 准则二:支链结构的力学合理性 |
2.3.3 准则三:机器人模块的可重构性 |
2.3.4 准则四:位置正逆解析解的简易性 |
2.4 五自由度混联机器人的概念设计 |
2.5 小结 |
第三章 运动学建模与分析 |
3.1 引言 |
3.2 坐标系建立 |
3.3 位置分析 |
3.3.1 位置逆解模型 |
3.3.2 位置正解模型 |
3.4 工作空间分析 |
3.4.1 可达空间解析 |
3.4.2 任务空间解析 |
3.4.3 任务空间/机构体积比的定义 |
3.5 运动传递特性分析 |
3.5.1 运动传递模型 |
3.5.2 切向与法向运动传递特性的定义 |
3.5.3 切向运动传递特性的各向同性条件 |
3.6 关键参数对运动学性能的影响规律 |
3.7 小结 |
第四章 刚体动力学建模与分析 |
4.1 引言 |
4.2 刚体动力学建模 |
4.2.1 速度建模 |
4.2.2 加速度建模 |
4.2.3 刚体动力学模型 |
4.3 1T2R机构的加减速特性分析 |
4.3.1 简化的刚体动力学模型 |
4.3.2 切向与法向加减速特性的定义 |
4.3.3 关键参数对加减速特性的影响规律 |
4.4 小结 |
第五章 静刚度建模与分析 |
5.1 引言 |
5.2 整机静刚度建模 |
5.2.1 1T2R机构刚度建模 |
5.2.1.1 受力分析与公共约束力系分解 |
5.2.1.2 笛卡尔刚度矩阵与界面刚度矩阵间的关系 |
5.2.1.3 界面刚度矩阵与元件刚度矩阵间的关系 |
5.2.1.4 笛卡尔刚度矩阵与元件刚度矩阵间的关系 |
5.2.2 A/C摆角头与整机刚度建模 |
5.3 1T2R机构的柔度特性分析 |
5.3.1 驱动与约束柔度矩阵的构造 |
5.3.2 柔度特性的定义 |
5.3.3 参考位形下的柔度特性解析 |
5.3.4 参考位形下切向柔度的各向同性条件 |
5.3.5 关键参数对柔度特性的影响规律 |
5.4 小结 |
第六章 弹性动力学建模与分析 |
6.1 引言 |
6.2 弹性动力学建模 |
6.2.1 1T2R机构弹性动力学建模 |
6.2.1.1 空间支链的动能和弹性势能 |
6.2.1.2 平面混联运动链的动能和弹性势能 |
6.2.2 A/C摆角头的动能和弹性势能 |
6.2.3 整机弹性动力学模型 |
6.3 基于简化模型的动态特性分析 |
6.3.1 弹性动力学模型的简化 |
6.3.2 关键参数对低阶动态特性的影响规律 |
6.4 小结 |
第七章 TriMule机器人的设计理论与方法 |
7.1 引言 |
7.2 设计目标与设计策略 |
7.3 A/C摆角头的设计 |
7.3.1 机械结构设计方案简介 |
7.3.2 基于综合性能驱动的主参数设计方法 |
7.3.2.1 减速器刚度配置准则 |
7.3.2.2 减速器/伺服电机选型 |
7.3.3 设计实例 |
7.4 1T2R机构的设计 |
7.4.1 机械结构设计方案简介 |
7.4.2 基于综合性能驱动的主参数设计方法 |
7.4.2.1 主参数的定义 |
7.4.2.2 主参数与性能评价指标的响应面分析汇总 |
7.4.2.3 主参数的优化设计方法与步骤 |
7.4.2.4 伺服电机选型 |
7.5 整机性能快速预估流程与步骤 |
7.6 工程实例 |
7.6.1 设计结果与综合性能预估 |
7.6.2 综合性能实验验证 |
7.6.2.1 位姿能力实验 |
7.6.2.2 加减速能力实验 |
7.6.2.3 实验模态分析 |
7.7 小结 |
第八章 总结与展望 |
8.1 全文总结 |
8.2 本文创新点 |
8.3 工作展望 |
参考文献 |
附录 A 1T2R机构的参考位形与尺度参数 |
附录 B 响应面模型 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
四、三自由度并联姿态测量机构及其位姿显式解(论文参考文献)
- [1]面向大口径光栅拼接的五自由度柔顺并联调姿机构研究[D]. 吴石磊. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [2]并联及混联式天线支撑机构动力学分析与设计[D]. 张国兴. 燕山大学, 2021
- [3]一种两转一移3-UPU并联运动模拟器的设计与分析[D]. 宋井科. 燕山大学, 2021(01)
- [4]面向大型球冠蜂窝灌注的混联机器人机构构型设计与性能研究[D]. 杨会. 北京交通大学, 2021
- [5]2-RRU&RSR并联机构运动学分析与参数优化研究[D]. 高鹏飞. 天津理工大学, 2021(08)
- [6]全驱动绳悬吊并联机器人动态轨迹规划研究[D]. 项升. 哈尔滨工业大学, 2020
- [7]3-PUU并联坐标测量机测头位姿误差影响及分析[D]. 欧阳凯. 合肥工业大学, 2020
- [8]一种结构冗余平面并联机构的奇异规避及性能优化研究[D]. 胡榄庆. 北京交通大学, 2020(03)
- [9]全自动锡膏印刷设备误差分析与终端位姿预测研究[D]. 吴强. 华南理工大学, 2020(02)
- [10]一种新型五自由度混联机器人的参数化建模与集成设计方法研究[D]. 董成林. 天津大学, 2020(01)