六自由度并联平台的运动学分析与结构参数优化

摘要

六自由度并联平台即Stewart并联机构，具有承载能力强、精度高、刚度大等优点，近些年迅速发展，被广泛用于各大领域，如航天航空、制造业、医疗行业等。但它也有自身缺点，如高成本，灵活性差，容易产生奇异位形和工作空间小等。本文所研究的并联平台主要用于机翼和肋的定位安装，其工作空间的变化和动力学性能直接影响到工件的运动范围和定位精度。因此，对机构进行结构优化，提高六自由度并联平台的性能是十分重要的。本文主要围绕六自由度并联平台的结构参数优化开展工作如下： 首先，建立了并联机构的模型，随后对其进行了运动学分析，求出了机构的运动学逆解，运动学正解和雅克比矩阵，分析了雅克比矩阵与机构奇异位形的关系以及并联机构的工作空间。 其次，对Stewart并联机构进行动力学分析，运用牛顿欧拉法建立了并联平台的单刚体动力学方程，选择凯恩法建立了多刚体动力学方程。使用ADAMS软件进行仿真，验证了方程的正确性。 最后，对六自由度并联平台进行结构参数优化，优化前定性地分析了结构参数对机构性能的影响，确定了结构参数的优选范围。提出一种基于多目标-多约束的优化算法，选择合适的约束条件，将机构的工作空间和支腿力的线性组合作为优化函数，借助遗传算法，实现并联平台的结构参数优化过程。并将优化前后的结果进行了对比。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 并联机构的发展概述

1.3 并联机构结构参数优化的发展现状

1.4 本文主要研究内容

2 六自由度并联平台的运动学分析

2.1 六自由度并联平台的机构模型的建立

2.2 并联机构的运动学分析

2.3 雅克比矩阵的求解

2.4 六自由度并联平台的奇异位形

2.5 本章小结

3 六自由度并联平台的工作空间分析

3.1 工作空间的定义

3.2 影响工作空间的因素

3.3 工作空间的求解过程

3.4 并联机构工作空间的数值算例

3.5 本章小结

4 六自由度并联平台的动力学分析

4.1 六自由度并联机构的单刚体动力学

4.2 六自由度并联平台的速度分析

4.3 六自由度并联平台的加速度分析

4.4 六自由度并联平台的多刚体动力学

4.5 多刚体动力学方程的数值算例及验证

4.6 本章小结

5 六自由度并联平台的结构参数优化

5.1 优化模型的建立

5.2 六自由度平台的优化实例

5.3 遗传算法优化计算

5.4 优化结果分析

5.5 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢