【正文】 Sensitivity equations establishment of element elastic dynamic .............................................36 Sensitivity equations establishment of branch elastic dynamic ...............................................39 Sensitivity equations establishment of PM elastic dynamic ...................................................40 Sensitivity analysis of PM dynamic stress ...........................................................................48 Sensitivity analysis of system frequency .............................................................................56 Summary........................................................................................................................58 4 Elastic dynamics optimization design of parallel mechanism ....................................... 59 Foreward ........................................................................................................................59 Determination of optimization strategy...............................................................................59 Determination of optimization model .................................................................................60 山東科技大學碩士學位論文 目 錄 Solution of optimization model .........................................................................................63 Summary........................................................................................................................73 5 Conclusions and Prospects................................................................................................ 75 Conclusions ....................................................................................................................75 Prospects ........................................................................................................................76 Acknowledgement ................................................................................................................... 77 References ................................................................................................................................ 78 Scientific Research and Published Papers ............................................................................ 83 山東科技大學碩士學位論文 緒 論 1 1 緒 論 并聯(lián)機構(gòu)的國內(nèi)外發(fā)展概況 并聯(lián)機構(gòu)（ Parallel Mechanism，簡稱 PM）是由動平臺、定平臺和動定平臺間多個連接支鏈組成的自由度數(shù)不少于一個的閉環(huán)機構(gòu) [1]。根據(jù)優(yōu)化問題類型 分別 應(yīng) 用線性加權(quán)法和理想點法將多目標 函數(shù) 轉(zhuǎn)化為單目標 函數(shù) ，采用內(nèi)懲罰函數(shù)法將有約束問題轉(zhuǎn)化為無約束問題，然后采用遺傳算法對處理后的優(yōu)化問題進行優(yōu)化。 其次，運用并聯(lián)機構(gòu)的彈性動力學理論，以直接微分法推導 并聯(lián)機構(gòu)的運動誤差、驅(qū)動桿應(yīng)力和系統(tǒng)頻率對動平臺質(zhì)量和驅(qū)動桿截 面積等設(shè)計參數(shù)的靈敏度公式；在此基礎(chǔ)上，分析動 平臺的質(zhì)量和驅(qū)動桿的截面面積對并聯(lián)機構(gòu)的運動誤差、驅(qū)動桿應(yīng)力和系統(tǒng)頻率的影響，為該機構(gòu)的彈性動力學優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。 碩士生簽名： 日 期： AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute. Signature: Date: 山東科技大學碩士學位論文 摘 要 摘 要 本論文對 4UPS/UPU 空間并聯(lián)機構(gòu)的彈性動力學、動力學靈敏度和動力學優(yōu)化設(shè)計進行了分析研究。 學 位 論 文 空間并聯(lián)機構(gòu)的彈性動力學優(yōu)化設(shè)計 ELASTODYNAMICS OPTIMIZATION DESIGN OF SPACE PARALLEL MECHANISM A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Zhang Zhonggong Supervisor: Associate Professor Chen Xiulong College of Mechanical and Electronic Engineering May 2020 聲 明 本人呈交給山東科技大學的這篇碩士學位論文，除了所列參考文獻和世所公認的文獻外，全部是本人在導師指導下的研究成果。該論文資料尚沒有呈交于其它任何學術(shù)機關(guān)作鑒定。 首先，對 4UPS/UPU 空間并聯(lián)機構(gòu)進行彈性動力學分析，建立并聯(lián)機構(gòu)的彈性動力學模型；推導其動力學微分方程、驅(qū)動桿應(yīng)力和系統(tǒng)頻率的表達式，并應(yīng)用 Newmark法求解動力學微分方程，為該機構(gòu)的彈性動力學靈敏度分析和彈性動力學優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 最后，根據(jù)并聯(lián)機構(gòu)的彈性動力學分析和靈敏度分析，確定優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計變量、目標函數(shù)和約束條件函數(shù)，并推導出其函數(shù)表達式。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果確定并聯(lián)機構(gòu)的彈性動力學行為得到明顯改善。 并聯(lián)機構(gòu)具有剛度大、速度高、靈活性好、機構(gòu)穩(wěn)定、精度高等優(yōu)點， 廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、物流、消防和軍事等領(lǐng)域。 1934年， Willard . Pollard[3]設(shè)計了一種用于汽車噴漆的并聯(lián)機構(gòu)機器人，這被許多專家認為是首個用于工業(yè)生產(chǎn)的并聯(lián)機器人。1965 年， D. Stewart[5]在其發(fā)表的 論文中描述了一種模擬飛行運動的并聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)具有六自由度，這也是目前廣泛應(yīng)用的被稱為 GoughStewart 的機構(gòu)（如圖 ）。 MacCallion[7]和 Pham 于 1979 年首次將 GoughStewart 機構(gòu)應(yīng)用于裝配生產(chǎn)。在國內(nèi)，雖然并聯(lián)機構(gòu)的研究起步晚 于 國外，但近年來也取得了迅猛的發(fā)展。北京航空航天大學畢樹生教授 [12]研制出了用于微操作的并聯(lián)機器人； 1997 年，天津大學和清華大學合作研制出了國內(nèi)第一臺并聯(lián)機床 VAMT1Y（如圖 ），燕山大學趙永生教授 [13]研制出了六維力傳感器（如圖 ）和五自由度并聯(lián)機床（如圖 ）。并聯(lián)機構(gòu)的動力學研究為機構(gòu)的控制和優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，它在并聯(lián)機構(gòu)的研究中占有重要地位。 Fichter [16]在將驅(qū)動桿視為理想二力桿的情況下，推導出了 Stewart 的動力學方程。 Codourey[26]根據(jù)虛功原理推導出了并聯(lián)機構(gòu)動力學方程?？琢罡?[18]等采用 NewtonEuler 法建立了并聯(lián)機構(gòu)的動力學方程，并分析了機構(gòu)的逆動力山東科技大學碩士學位論文 緒 論 4 學。杜兆才、夏富杰等 [3031]應(yīng)用有限元法 建立 了 平面并聯(lián)機構(gòu)的動力學模型，并對并聯(lián)機構(gòu)進行了較為全面的動力學分析。在國外，Datoussaid[32]提出了 一種 滿足動力準則的優(yōu)化設(shè)計方法，該方法應(yīng)用牛頓歐拉法建立動力學模型，并將初始問題描述為積分形式，同時引用伴隨變量法消去靈敏度公式中的狀態(tài)變量，最后采用帶有約束補償?shù)淖钏傧陆捣ㄟM行優(yōu)化； Neugebauer[33]通過借助相應(yīng)的軟件對并聯(lián)機構(gòu)中 的桿件進行柔性體 模態(tài)分析，并確定優(yōu)化結(jié)果。 課題研究意義 空間 并聯(lián)機構(gòu) 是具有高剛度、高精度、高承載力等特點的閉環(huán)機構(gòu)，廣泛的應(yīng)用于飛行模擬器、并聯(lián)機床、微動機器人等領(lǐng)域，是國際機構(gòu)學的研究熱點之一 [36]。 空間并聯(lián)機構(gòu)的彈性動力學靈敏度分析是通過對構(gòu)件參數(shù)對動力學性態(tài)的靈敏度分析，掌握并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其動力學性能的影響規(guī)律 [