平面广义可展开机构性能分析与集成优化

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为满足空间可展开机构不断提高的高精度、高可靠性、低能耗等要求,本文对含有预紧转动副的广义可展开机构进行了精度分析并通过优化预紧转动副参数提高机构精度;通过对广义可展开机构的驱动源进行合理配置来提高机构精度并降低机构展开过程能耗;通过对广义可展开机构进行尺度与力的集成优化提高展开过程中运动学及力学综合性能。文章的主要工作如下:  (1)基于螺旋理论对平面广义机构进行分析及精度优化。将传统可展开机构中的转动副与扭簧相结合构成预紧转动副,运用螺旋理论对含有预紧转动副的广义可展开机构进行误差分析。采用遗传算法通过优化预紧转动副中扭簧的刚度及初始角等参数,使考虑间隙的机构与理想可展开机构间误差减小,提高可展开机构的精度。  (2)研究了广义可展开机构的动力源分布。由于广义机构含有弹簧、扭簧及绳索等广义构件,使得广义机构的运动性能受到构件和运动副的几何尺寸及机构受力等因素的影响。不同几何尺寸及受力可以使机构具有不同的运动特性,这使得广义机构的自由度并非固定值而是有最大及最小自由度的自由度区,因此广义机构的驱动位置及驱动数目具有多种设计方案。通过合理配置机构外部驱动源与内部驱动源可提高机构运动精度、提高机构运动副受力稳定性并且可以减小展开过程所需的外部驱动力。通过对广义可展开机构动力源分布的研究可以达到提高可展开机构精度,降低机构展开过程中能耗的目标。  (3)研究广义可展开机构尺度与力的集成优化。提出将NSGA-II多目标遗传算法与ADAMS/Solver模块联合优化的方法。运用ADAMS/Solver模块语言参数化建立了机构动力学模型,通过 NSGA-II算法调用 ADAMS/Solver模块的方法对机构的尺度参数及内部驱动参数进行优化,提高了广义可展开机构的机构运动精度、展开平稳性、机构运动副作用力稳定性及外部驱动性能。
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