含五杆闭链的并联机构构型综合及主要运动性能分析研究

含五杆闭链的并联机构构型综合及主要运动性能分析研究

本文对含五杆闭链的并联机构构型综合问题，—种含五杆闭链的混合驱动六自由度并联机构的正运动学位置求解、工作空间分析、精度设计、实体模型运动仿真及机构杆件干涉分析等问题进行了比较深入的研究。针对平面机构构型创新设计问题，首次提出了机构设计方案的灰色模糊评判方法，并通过实例进行了分析验证。

对平面五杆闭环机构的类型、运动性能、拓扑特性等进行了深入分析。通过重点研究5R闭环机构与RPRPR闭环机构在并联机构中的应用，综合出了四种4自由度空间并联机构、两种5自由度空间并联机构和两种6自由度空间并联机构的新构型。

对含五杆闭链的混合驱动六自由度并联机构的运动学位置正解进行了求解。根据该六自由度并联机构的几何结构特点运用几何分析和虚拟杆长相结合的方法建立起了其运动学数学模型，将求解并联机构运动学位置正解归结于求解一组具有强耦合性的多元非线性方程组的极值问题。

首次提出了利用改进遗传算法来直接优化求解并联机构的运动学正解的所有实数解，并通过计算灰色关联度对求出的结果进行分组的方法。实例分析结果表明该方法简单方便，求解精度高，完全可用于对不同结构形式的并联机构正运动学问题求解。

根据该六自由度并联机构具有对称结构的特点，结合平面五杆机构的工作区间，运用顶点空间分析法分析了并联机构的整体工作空间的形成过程。在分析制约并联机构工作空间的约束条件的基础上，基于位置逆解方程，通过边界极值搜索法，给出了并联平台机构工作空间的二维表示图及对应于不同z值的x—y平

面内的工作空间截面形状。

采用有效圆柱体体积来衡量工作空间，详细分析了平台结构尺寸对工作空间体积的影响，给出了各参数对有效圆柱体体积的影响曲线。在运动学正、逆解的基础上，对雅可比矩阵进行了研究，分析了该并联机构的奇异性。

研究了并联平台机构的精度设计问题。通过考虑球铰、回转副间隙误差随机性的影响，在运动学逆解的基础上，建立了该新型六自由度并联平台的实际误差模型，并进行了误差的蒙特卡洛模拟分析和误差的灵敏度分析，对平台的结构参数变化对误差的影响进行了计算机仿真分析。

提出了将精度综合问题转化为一个多目标多变量的非线性优化问题，用混沌遗传算法进行求解的方法，并给出了建立精度综合的优化数学模型的方法步骤。用Pro／ENGINEER实体建模设计软件建立了含五杆闭链的混合驱动6自由度并联机构的实体模型，通过可视化运动仿真对并联机构的干涉性问题进行了直观分析和研究，为对整机的其它性能分析和优化工作打下了基础。