基于混联机构的激光冲击强化工艺中的工件位姿调整平台的设计与研究

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随着工业水平的发展,材料的激光冲击强化技术在越来越多的领域中起着无可替代的作用,带来了巨大的社会价值。  当今社会,激光冲击强化技术已经广泛的应用于许多社会生产中,然而激光冲击强化的效果仍然受到许多因素的制约,特别是强化过程中与之配套的位姿调整平台还不够完善。就现阶段而言,用于激光冲击强化的位姿调整平台或为多自由度叠加的复杂装置,尺寸巨大,所产生的操作误差比较大;或为机械手形式的串联机构,运动控制复杂繁琐且稳定性较差。因此,本文研究设计了一种用于复杂曲面工件激光冲击强化的混联五自由度位姿调整平台,该位姿调整工作平台充分体现了串联、并联机构在结构和性能特点上的对偶关系,既弥补了串联机构在刚度及精度等方面的不足,又克服了并联机构工作空间较小、运动不够灵活的缺点。本课题的提出对于激光冲击强化的位姿调整平台的研究具有十分重要的理论价值及实际意义。  本文主要在前期工作的基础上进行研究与优化,所研究的内容主要包括:  首先,在原来2R3T机型的基础上,根据激光强化位姿调整平台主体结构设计要求对其进行了优化改良,设计了改良型的2R3T五自由度混联机构,并通过理论计算以及ADAMS模拟仿真验证了新机型可行性。  其次,对新机型进行运动学分析,主要包括对该混联机构进行正解、反解位置求解,速度与加速度分析,利用ADAMS软件模拟仿真,MATLAB软件理论计算,进行相应的验证。  然后,在运动学的基础上对新机型进行误差分析,主要通过全微分理论建立了误差模型,并分析了驱动参数误差、结构参数误差以及装配误差对工作平台的输出位姿误差的影响。  紧接着,对该机型进行动力学分析,动力学分析主要应用拉格朗日定理得到了该机构的动力学模型,对该机构的5个输入广义力进行求解,并利用ADAMS动力学仿真,MATLAB理论计算验证其正确性,计算选择合适的电机驱动。  而后,确定该机构各构件的实际尺寸,建立五自由度混联位姿调整平台的虚拟样机模型;建立该位姿调整平台空间任意位姿寻点方程;选择一任意工件,利用ADAMS软件模拟仿真位姿调整平台调整工件位姿情况以验证位姿寻点输入方程的正确性以及平台位姿调整效果良好。  最后,制造出位姿调整平台的实物样机,添加驱动以及控制系统进行工件位姿调整试验,对比分析试验结果与仿真结果,验证该混联位姿调整平台动态性能良好,且能够很好的实现激光冲击强化过程中工件两转动三平移的位姿调整。
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