面向運動精度的少自由度並在線上構可靠性評估與設計

《面向運動精度的少自由度並在線上構可靠性評估與設計》是依託東北大學，由楊強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向運動精度的少自由度並在線上構可靠性評估與設計
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊強
• 依託單位：東北大學

中文摘要

並在線上構具有結構剛度大、承載能力高等優點。從其出現至今，並在線上構一直是國際上研究的熱點。目前，國外在並在線上器人和並在線上床產業化方面已經取得了突破性進展，但國內並在線上構在生產實踐中的套用情況並不十分理想，其中精度問題是制約其能否實際套用的關鍵。以往並在線上構運動精度分析中，往往不考慮誤差的隨機性，造成評價結果不準確。本課題從機構運動學和動力學入手，在綜合考慮輸入誤差(尺寸誤差、間隙誤差、驅動誤差等)隨機性，質量、剛度、工作載荷等動力學參數隨機性和各誤差源之間耦合性的基礎上，建立並在線上構運動精度可靠性的分析評價模型，進而利用智慧型最佳化算法開展基於運動精度可靠性指標的並在線上構設計方法的研究。作為並在線上構套用的共性基礎理論問題，開展典型少自由度並在線上構運動精度可靠性研究有助於攻破影響國內並在線上構產業化的瓶頸，對於搶占先進制造技術下一代科技制高點具有重要的理論和現實意義。

結題摘要

精度問題是制約並在線上構實際套用的關鍵因素之一。以並在線上構精度分析時，往往不考慮誤差的隨機性，造成評價結果不準確。以平動和轉動獨立的Delta型並在線上構為對象，利用齊次坐標變換推導了機構的位置反解和位置正解，套用幾何法推導並驗證了機構的位置正解計算。利用ADAMS軟體仿真驗證了正反解求解的正確性。推導了機構的雅可比矩陣及速度、加速度表達式，分析了機構的奇異性和靈巧性，完成了機構的工作空間分析。利用虛位移原理推導了機構的靜平衡方程，建立了輸入驅動力矩與外載荷、構件重力、慣性力/力矩之間的動力學平衡方程；利用機構勢能的Hessian矩陣定義了機構的剛度評價指標，建立了機構的連續剛度模型。基於機構位置反解，套用泰勒展開建立了考慮機構結構參數尺寸誤差和驅動誤差的位置誤差模型；利用有效長度模型，推導了考慮轉動副間隙誤差的機構位置誤差模型；綜合利用ADAMS和ANSYS軟體給出了Delta型並在線上構桿件彈性變形對機構運動精度影響的仿真計算模型。分別套用解析法和差分法就機構末端執行器位置誤差對各個誤差源和主要設計參數的靈敏度進行了分析計算，定量的得出了各類誤差和結構參數對機構運動精度的影響程度。基於並在線上構運動學分析和靜態位置誤差模型，考慮各原始誤差的隨機性，分別就各個原始誤差相互獨立且符合常態分配和均服從常態分配但相關兩種情況，給出了機構運動可靠度計算模型，提出了評價並在線上構運動可靠性高低的量度和計算方法。採用構造回響面函式代替極限狀態函式的方法計算可靠性靈敏度，定量的得出了機構運動可靠度對各類誤差隨機性的敏感程度。針對給定的運動可靠度指標要求給出了包含各個構件的製造公差帶、驅動誤差等主要誤差源的均值和方差的分配原則和方法。基於ADAMS軟體二次開發功能，利用軟體提供的參數化建模、用戶自定義函式等關鍵技術，建立了Delta型並在線上構運動可靠性分析的仿真模型。套用該模型，用戶只需輸入機構的結構參數、誤差隨機變數的數字特徵等參數，便能自動完成機構運動可靠性分析計算。開展了綜合工作空間、運動學性能、動力學性能、剛度性能要求的Delta型並在線上構的多目標機構尺寸最佳化設計研究，利用遺傳算法求解了機構尺寸的最優解，通過驗證已設計機構的各項性能指標滿足要求，證明了最佳化設計方法的可行性和有效性，為並在線上構運動可靠性設計體系的建立提供了前提和基礎。