4TPS-PS并联机构的刚度性能分析及优化

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并联机构有着结构简单、承载能力高、易于控制等优点,是国内外等新技术新研究方向的组成部分。近些年来,对于研究少自由度的并联机构比例越来越重,因为它在工业等领域应用意义及前景十分广泛。而并联机构的刚度及优化也占着重要的地位。一旦并联机构的刚度达不到要求,轻则无法保证精度,重则能够使机构变形非常大甚至瘫痪。本文以4TPS-PS并联机构为研究对象,进行刚度性能分析及优化等研究工作。主要包括以下几个方面:(1)围绕4TPS-PS并联机构建立机构模型、运动学模型、进行位置逆解,利用求导法建立雅克比矩阵,分析机构各杆件的运动性能,并对运动学其中一指标工作空间加以求解。(2)结合该机构的运动学求出雅克比矩阵,建立了该机构的刚度模型,并给予刚度矩阵,来研究并联机构结构参数和位姿参数变化对刚度的影响,找出其中规律。同时研究并联机构的灵巧度性能,说明灵巧度好,并为后面的多目标优化奠定基础。(3)在尺度优化中,将刚度和灵巧度性能指标作为优化目标,基于遗传算法编程对三个参数作为变量进行优化,将优化后尺寸下的机构和优化前的做对比,证明优化的正确性。(4)利用有限元软件,来进行快速建模,对优化前后机构有限元模型进行静力学分析,再分析同样尺寸机构下,对初始状态和工作状态机构有限元模型进行静力学分析,将变形结果总结,得出结论。验证有限元分析的正确性。本文将4TPS-PS并联机构做为研究对象,进行了一系列的研究,对将来研发该类机构有一定的参考价值,在少自由度机构应用中有着至关重要的实际意义。
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