新型三平移并联机构结构参数优化的研究

摘要

三维平动并联机器人机构具有速度高、刚度大、精度高、动力性能好、驱动元件少、造价低和结构紧凑等优点，有良好的应用前景，特别是分支相同、结构对称、具有各向同性的对称三维平动并联机器人更具应用潜力，受到国内外学者的广泛关注。本文主要对新型三平移3-RCR并联机构的结构参数优化进行了深入的研究。 第一，对3-RCR并联机构结构约束特征、位置解、奇异位形、工作空间进行了系统研究，为后面的参数优化提供了一定的理论依据。 第二，分析了机构结构参数对工作空间及运动性能的影响，分别以工作空间、灵巧度以及两者的综合作为优化目标，采用遗传算法运用MATLAB遗传算法工具箱对结构参数进行了优化设计，通过优化前后数据和图谱的对比分析验证了优化结果的可行性，为物理样机的设计提供了合理的依据。 第三，对3-RCR并联机构在平面雕刻机上的应用进行了有意义的探讨，借助于计算机辅助设计软件设计了虚拟样机，并通过雕刻汉字“中国”进行仿真分析，验证了该应用的可行性。 通过以上的分析和研究，对3-RCR并联机构的结构性能和运动学性能有了具体而深入的了解，并基于工作空间和灵巧度对机构结构参数进行了优化设计，得到了使机构性能更优的结构参数，为3-RCR并联机构物理样机的制造和控制策略的研究奠定了坚实的理论基础。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1并联机器人概述

1.2并联机器人优化设计的研究现状

1.3并联机器人优化算法的研究现状

1.4本课题的研究意义

1.5本课题研究内容

第二章遗传算法概述与MATLAB遗传算法工具箱的应用

2.1遗传算法的基本概念

2.2遗传算法基础

2.2.1遗传算法的基本原理

2.2.2遗传算法的基本操作

2.3遗传算法的特点与应用

2.3.1遗传算法的特点

2.3.2遗传算法的应用

2.4 MATLAB遗传算法工具箱

2.4.1 MATLAB遗传算法工具箱概述

2.4.2 MATLAB遗传算法工具箱的应用

2.5本章小结

第三章3-RCR三平移并联机构运动学分析

3.1概述

3.2 3-RCR并联机构的机构及自由度分析

3.2.1机构结构

3.2.2机构自由度分析

3.2.3机构主动副选取

3.3位置正反解分析

3.3.1位置反解

3.3.2位置正解

3.3.3位置正反解计算实例

3.4运动解耦性分析

3.5本章小结

第四章3-RCR并联机构奇异位形与工作空间分析

4.1概述

4.2 3-RCR并联机构奇异性分析

4.2.1 3-RCR并联机构雅克比正、逆矩阵

4.2.2 3-RCR并联机构奇异位形分析

4.3 3.RCR并联机构工作空间分析

4.3.1工作空间的影响因素

4.3.2工作空间的求解分析

4.4本章小结

第五章基于遗传算法的3-RCR并联机构结构参数优化

5.1概述

5.2 3-RCR并联机构工作空间优化

5.2.1工作空间体积计算

5.2.2结构参数对工作空间体积的影响

5.2.3基于工作空间的结构参数优化

5.3 3-RCR并联机构灵巧度优化

5.3.1机构雅克比矩阵

5.3.2雅克比条件数

5.3.3结构参数对灵巧度的影响

5.3.4基于灵巧度的结构参数优化

5.4基于工作空间和灵巧度的多目标结构参数优化

5.5本章小结

第六章3-RCR并联机构在平面雕刻机上的应用及仿真

6.1平面雕刻机概述

6.2 3-RCR并联机构在平面雕刻机上的应用

6.2.1"中国"字型雕刻轨迹

6.2.2运动仿真分析

6.3本章小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

致 谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文和参加的科研项目