并联构型汽车喷涂机构设计与运动可靠性研究

发布时间：2017-04-23 23:14

  本文关键词：并联构型汽车喷涂机构设计与运动可靠性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文针对汽车工业中对车身和零部件进行涂装作业的需求，提出了一种并联构型喷涂机构。根据汽车喷涂作业工作特点与功能需求，完成了对喷涂机构的构型设计，建立了运动学性能评价指标，并通过多目标优化确定了机构的结构参数。在此基础上对该机构进行了精度分析、误差补偿研究以及机构运动可靠性分析。最后，对其进行了虚拟样机试验。具体研究内容主要有如下几方面： 一、并联构型喷涂机构的构型设计。根据喷涂作业对喷涂机构的要求，，进行并联构型喷涂机构的设计。在该机构中，其并联机构为其主要部分影响喷涂精度与效果，对此应用构型演变法来进行设计。然后对整机进行设计，并对其工作原理与工作过程做简要的介绍。 二、并联机构运动学及相关性能指标的建立。应用坐标变换法建立3-UPS-PU并联机构运动学的数学模型并推导机构的速度雅克比矩阵。在机构运动学位置逆解的基础上给出了求解机构的工作空间的方法与步骤，并建立了机构速度性能、奇异性和可操作度的评价指标。 三、多目标优化及运动学性能分析。以3-UPS-PU并联机构的结构参数为设计变量，以速度性能和可操作度性能为目标，应用多目标遗传算法对其进行优化。从而得到机构合理的结构参数，并在此基础上对该机构的运动学性能进行了分析。 四、并联机构精度分析与误差补偿研究。根据机构的运动学位置逆解，建立位姿误差输出正解模型。并以求解的位姿输出误差正解模型为基础分别分析机构的位姿参数与结构参数对其输出误差的影响。最后对机构位姿输出误差的补偿进行了研究，并确定补偿方案。 五、并联机构运动可靠性分析。在机构进行大批量生产时，其各构件的误差服从某种特定的分布。在确定其分布模型后，根据求解位姿输出误差正解模型利用蒙特卡洛法求解机构的运动可靠性。 六、基于RecurDyn的虚拟样机试验。利用多体动力学仿真软件RecurDyn，对建立的3-UPS-PU并联机构模型进行仿真。并提出了一种在考虑并联机构铰点安装误差情况下的位姿输出误差求解方法。
【关键词】：构型设计 运动学 多目标优化 精度分析 运动可靠性
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U468.21;TH112
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 喷涂机器人的国内发展究概况12-14
• 1.2.1 国外发展概况12-13
• 1.2.2 国内发展概况13-14
• 1.2.3 喷涂机器人发展趋势14
• 1.3 并联机构的特点及应用14-19
• 1.3.1 并联机构的特点14-16
• 1.3.2 并联机构的应用16-19
• 1.4 并联机构国内外研究现状19-23
• 1.4.1 构型设计研究19-20
• 1.4.2 运动学与动力学研究20-21
• 1.4.3 并联机构输出精度研究21-22
• 1.4.4 并联机构运动可靠性研究22-23
• 1.5 本文研究的主要内容23-26
• 第2章 并联构型喷涂机构的构型设计26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 涂装作业对喷涂机构的要求26-27
• 2.3 喷涂机构的构型设计27-30
• 2.3.1 并联机构构型的设计27-28
• 2.3.2 汽车喷涂机构整体方案的设计28-30
• 2.4 工作原理及过程30-32
• 2.4.1 工作原理30
• 2.4.2 工作过程30-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 3-UPS-PU 并联机构运动学及性能指标的建立34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 3-UPS-PU 并联机构结构描述34-35
• 3.2.1 结构描述34-35
• 3.2.2 自由度计算35
• 3.3 位置逆解求解35-37
• 3.4 雅克比矩阵求解及运动学性能指标的建立37-44
• 3.4.1 雅克比矩阵求解37-39
• 3.4.2 工作空间求解方法39-41
• 3.4.3 速度和加速度求解41-42
• 3.4.4 奇异性求解方法42-44
• 3.4.5 可操作度性能指标的建立44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 并联构型喷涂机构多目标优化及运动学性能分析46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 多目标优化问题46-47
• 4.3 多目标遗传算法及其流程介绍47-48
• 4.4 3-UPS-PU 并联机构优化模型的建立48-49
• 4.4.1 设计变量49
• 4.4.2 约束条件49
• 4.4.3 目标函数49
• 4.4.4 优化模型的建立49
• 4.5 基于 MATLAB 优化工具箱的优化49-51
• 4.6 运动学性能分析51-54
• 4.6.1 3-UPS-PU 并联机构工作空间求解51-52
• 4.6.2 3-UPS-PU 并联机构速度性能分析52-53
• 4.6.3 3-UPS-PU 并联机构奇异性分析53
• 4.6.4 3-UPS-PU 并联机构可操作度性能分析53-54
• 4.7 本章小结54-56
• 第5章 3-UPS-PU 并联机构精度分析56-70
• 5.1 引言56
• 5.2 并联机构的误差分类及来源56-57
• 5.3 3-UPS-PU 并联机构位姿输出误差理论模型的建立57-59
• 5.4 3-UPS-PU 并联机构位姿输出误差分析59-66
• 5.4.1 位姿参数对输出误差的影响59-62
• 5.4.2 结构参数对位姿输出误差的影响62-66
• 5.5 3-UPS-PU 并联机构位姿输出误差补偿研究66-67
• 5.5.1 实例分析66-67
• 5.6 本章小结67-70
• 第6章 3-UPS-PU 并联机构运动可靠性研究70-86
• 6.1 引言70
• 6.2 并联机构运动可靠性70-71
• 6.2.1 机构运动可靠性定义70
• 6.2.2 机构运动可靠性影响因素70-71
• 6.2.3 并联机构运动可靠性评价指标71
• 6.3 机构运动可靠性计算方法71-76
• 6.3.1 泰勒级数展开法71-74
• 6.3.2 蒙特卡洛法74-76
• 6.4 3-UPS-PU 并联机构运动可靠性分析76-85
• 6.4.1 运动可靠性求解流程76-77
• 6.4.2 实例分析77-85
• 6.5 本章小结85-86
• 第7章 3-UPS-PU 并联机构虚拟样机试验86-96
• 7.1 引言86
• 7.2 软件介绍86
• 7.3 3-UPS-PU 并联机构运动学仿真86-91
• 7.3.1 运动学仿真模型的建立87
• 7.3.2 轨迹规划87-88
• 7.3.3 运动学分析88-89
• 7.3.4 运动学正解模型的建立89-91
• 7.4 考虑铰点安装位置误差的虚拟样机精度分析试验91-94
• 7.5 本章小结94-96
• 总结与展望96-98
• 总结96-97
• 展望97-98
• 致谢98-100
• 参考文献100-104
• 作者简介104
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果104-105

【参考文献】

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本文编号：323187