摘要
密切结合大型复杂结构件高精加工对于并/混联制造装备自主创新的重大需求，本文借助一种更简洁直观的拓扑构型分析方法，创新性地提出一种新型五自由度混联机器人，并深入研究考虑重力影响的机构静柔度建模与优化设计、间隙误差建模等内容。全文主要研究成果如下： 首先，从平面机构的组成原理与约束特性出发，提出由一条串接一转动副的 1T1R平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成的1T2R新型并联机构拓扑方法，并综合出多种新构型。为保证机构的实际工程应用价值，统筹考虑位姿能力匹配恰当性、支链力学合理性、位置逆解简易性、机器人模块可重构性以及动平台结构紧凑性五项优选准则完成构型优选，确定最终并联机构型为R(RPSamp;RP)amp;2-UPS。在并联机构末端搭载 A/C 转头，形成新型五自由度混联机器人 Trifree，完成该机器人优选准则性能验证，并从拓扑结构角度对比分析其与 Tricept、Trimule中的异同，进一步证实其应用前景。 其次，建立考虑重力影响的Trifree五自由度混联机器人静柔度模型。分别求解A/C转头、R(RPSamp;RP)amp;2-UPS并联机构柔度解析表达，结合串联系统线性叠加原理完成整机建模分析。鉴于 R(RPSamp;RP)amp;2-UPS 并联机构为多闭环系统，建模复杂，且存在平面过约束问题，建立并联机构变形映射模型与变形协调条件。借助ANSYS仿真软件，完成理论模型计算结果校核，进而求解弹性变形的全域分布规律，并研究分析 Trifree、Tricept、Trimule三者在柔度性能方面的异同。 然后，为实现机构质量与柔度性能的最佳匹配关系，提出以机构质量、柔度全域均值与方差为目标的多目标优化设计方法。通过灵敏度分析筛选柔度优化参数，进而给定相应几何约束条件与优化函数解析表达，借助遗传算法求解满足约束条件的pareto非支配解集，并依据最小距离法确定能够实现最佳匹配关系的参数解。 最后，建立五自由度混联机器人间隙误差模型并基于柔度优化结果完成间隙最佳取值搜索。考虑被动旋转关节径向间隙影响，提出径向间隙偏移模型，构造误差映射矩阵并结合线性叠加原理从而求解出整机间隙误差解析表达。为在不同精度约束下合理选择间隙大小，定义评价指标符合度，基于柔度优化结果通过单调性分析搜索间隙最佳取值以实现机构精度与加工难度之间的最佳匹配关系。
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