精密并联定位平台性能优化与构型综合

论文摘要

能实现微米级,甚至亚微米、纳米级定位精度的定位平台,在微装配、新型纳米材料性能检测等领域有着广泛的应用。本文以4自由度精密并联定位平台的性能优化及精密并联定位平台新构型的型综合为目的,在对国内外有关精密定位平台的研究现状进行了比较深入和系统的分析基础上,基于螺旋理论对定位平台的性能优化和新构型的型综合进行了理论研究。本文分析了4自由度扫描电子显微镜并联定位平台的运动学问题,并以工作空间、灵活性、速度性能作为指标,分析了平台的杆件参数优化问题,给出了各指标的性能图谱,得到了具有较优性能的一组机构尺寸参数。建立了4自由度扫描电子显微镜并联定位平台的误差矢量模型,分析了分支结构中存在的主要误差源及其概率模型,应用Monte Calor法,仿真分析了结构误差和上平台分支分布对平台定位精度的影响。另外,还分析了结构误差存在情况下,外界载荷对平台稳定性影响的问题。提出了一种宏/微4自由度并联机器人机构——4-PUPU机构,分析了该机构的自由度、约束特性及其运动学问题。基于螺旋理论应用约束螺旋综合方法对少自由度双重驱动并联机构的型综合问题进行了研究,给出了综合的流程和原则。综合得到了一系列3自由度和4自由度的双重驱动并联机构。最后,提出了一种少自由度并联机构分支型综合方法,该方法利用约束条件下等效运动杆组的替换来构造机构分支。作为示例,给出了可实现空间三维移动3自由度和可实现三移一转4自由度并联机构分支的综合步骤,得到了一系列并联机构分支形式。论文所做工作对第二代精密4自由度并联定位平台和新型少自由度双重驱动宏/微定位平台的设计开发具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 精密定位平台国内外研究和发展状况
• 1.3 选题意义及课题来源
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 扫描电镜并联定位平台性能优化
• 2.1 引言
• 2.2 4-PUU 并联机构
• 2.2.1 位置反解方程
• 2.2.2 速度方程
• 2.3 空间尺寸模型
• 2.3.1 空间尺寸模型与机器人设计
• 2.3.2 4-PUU 机构空间尺寸模型
• 2.4 工作空间分析
• 2.4.1 工作空间大小与机构参数间的关系
• 2.4.2 工作空间形状与机构参数间的关系
• 2.5 灵活性性能分析
• 2.5.1 基于Jacobian 矩阵条件数的灵活性指标
• 2.5.2 4-PUU 机构灵活性分析
• 2.6 速度性能分析
• 2.6.1 速度性能指标分析数学模型
• 2.6.2 4-PUU 机构速度性能分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 扫描电镜并联定位平台误差分析
• 3.1 概述
• 3.2 扫描电镜并联定位平台误差模型
• 3.3 定位平台随机误差计算机模拟
• 3.3.1 Monte Carlo 法基本原理
• 3.3.2 Monte Carlo 法基本步骤
• 3.3.3 随机数的生成
• 3.4 定位平台结构误差概率模型
• 3.4.1 输入移动副误差
• 3.4.2 虎克绞中心点位置误差
• 3.4.3 关节间隙误差
• 3.5 扫描电镜并联定位平台误差模拟分析
• 3.5.1 只考虑输入移动副误差影响
• 3.5.2 只考虑铰链中心点位置误差影响
• 3.5.3 只考虑关节间隙的影响
• 3.5.4 综合分析结构误差影响
• 3.5.5 实例分析总结
• 3.6 机构参数对误差传递的影响
• 3.7 机构非自由度方向不稳定问题
• 3.7.1 非自由度方向位移的自由度解释
• 3.7.2 非期望自由度方向角位移定性分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 一种双重驱动4 自由度并联定位平台机构
• 4.1 概述
• 4.2 新型双重驱动4 自由度并联机构
• 4.3 机构约束特性及自由度
• 4.4 输入合理性分析
• 4.5 机构位置分析
• 4.6 机构速度分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 双重驱动少自由度并联机构型综合
• 5.1 引言
• 5.2 双重驱动并联机构
• 5.3 双重驱动并联机构型综合
• 5.3.1 型综合流程及原则
• 5.3.2 型综合步骤
• 5.4 型综合过程中坐标系的建立
• 5.5 双重驱动3 自由度并联机构型综合
• 5.5.1 3 自由度移动双重驱动并联机构型综合
• 5.5.2 机构自由度计算举例
• 5.6 双重驱动4 自由度并联机构型综合
• 5.6.1 4 自由度双重驱动并联机构型综合
• 5.6.2 机构自由度计算举例
• 5.7 本章小结
• 第6章 一种少自由度并联机构分支综合方法
• 6.1 引言
• 6.2 等效运动杆组
• 6.2.1 等效运动杆组证明
• 6.2.2 平面和空间等效运动杆组
• 6.3 少自由度并联机构型综合步骤
• 6.4 少自由度并联机构分支型综合示例
• 6.4.1 4 自由度并联机构分支型综合
• 6.4.2 3 自由度并联机构分支型综合
• 6.5 本章小结
• 结论
• 附录
• 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
• 作者简介