六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)精度分析及其綜合方法研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域在逐步地拓展。然而，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)制造仍然面臨一系列難題，精度質(zhì)量控制就是其中之一。在對國內(nèi)外文獻(xiàn)分析和研究基礎(chǔ)上，本文以六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對象，從制造和裝配中出現(xiàn)的實(shí)際問題出發(fā)，圍繞位姿精度分析和綜合兩方面內(nèi)容展開研究。
　　本文建立了六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)誤差模型，研究了動平臺在給定工作區(qū)域內(nèi)，位姿誤差的分布形態(tài)。在并聯(lián)機(jī)構(gòu)精度分析中，國內(nèi)外學(xué)者主要基于Monte Carlo方法對位姿誤差統(tǒng)

2、計(jì)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，針對分析過程存在的計(jì)算精度和效率之間的矛盾，本文提出了基于Sobol序列的擬蒙特卡洛模擬的位姿精度分析方法。與傳統(tǒng)的蒙特卡洛方法對比，該方法可顯著地提高位姿誤差統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算精度和效率。針對球域約束下，位姿誤差概率難以直接求解的問題，本文推導(dǎo)并得出位姿誤差概率積分方程的近似形式，得到位姿誤差概率隨球域半徑的變化規(guī)律。結(jié)合并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)際裝配階段，動平臺中心位置和姿態(tài)角偏差的控制要求，分析了鉸鏈中心沿水平方向定位誤差所具有各向

3、同性特點(diǎn)，研究了位姿誤差標(biāo)準(zhǔn)差之間的關(guān)系，推導(dǎo)并發(fā)現(xiàn)了在對稱位姿狀態(tài)下，動平臺中心位置和姿態(tài)角偏差分別服從Rayleigh分布，并得到了中心位姿偏差概率隨運(yùn)動平臺高度的變化規(guī)律。
　　鉸鏈間隙誤差是導(dǎo)致并聯(lián)機(jī)構(gòu)位姿誤差的一項(xiàng)重要的隨機(jī)因素。在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作區(qū)域內(nèi)，為獲得鉸鏈間隙對位姿精度構(gòu)成的影響，本文首先運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)和均勻設(shè)計(jì)理論，對位姿精度敏感度進(jìn)行顯著性分析，找出影響顯著的位姿參數(shù)。通過簡化鉸鏈結(jié)構(gòu)，建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)冗余

4、結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用正向運(yùn)動學(xué)方法分析了傳統(tǒng)概率分析方法在計(jì)算隨機(jī)位姿誤差方面存在問題。分析并提出了基于正向運(yùn)動學(xué)的確定方法，研究了給定工作區(qū)間內(nèi)位姿隨機(jī)誤差分布形態(tài)以及鉸鏈間隙變化對位姿精度的影響，結(jié)論支持了精度敏感度的分析結(jié)果。圍繞并聯(lián)機(jī)構(gòu)中心位姿隨機(jī)偏差檢測過程。應(yīng)用基于正向運(yùn)動學(xué)的確定方法和概率方法進(jìn)行精度分析，得到了中心位姿隨機(jī)偏差隨動平臺高度的變化曲線，同時指出了兩種方法的聯(lián)系和區(qū)別。
　　結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場中并聯(lián)機(jī)構(gòu)制造裝配的實(shí)

5、際情況，分析了精度綜合方法存在的問題，認(rèn)為精度綜合應(yīng)以現(xiàn)場的工藝能力為基礎(chǔ)，形成以裝配性能作為衡量指標(biāo)的可行方案集合，提出了一種基于正交設(shè)計(jì)和均勻設(shè)計(jì)相結(jié)合的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)精度綜合方法。首先以現(xiàn)場的工藝能力和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，得到影響精度的諸多因素敏感度排序，以此為依據(jù)重新劃分各項(xiàng)影響因素的水平，然后進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)，得到了具有全局意義的精度綜合方案集合。該方法通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)公差的積極協(xié)調(diào)，能夠避免單一優(yōu)化方案存在的失效可能。