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原文传递基于并联机器人机构的汽车薄板件柔性装配夹具研究

论文题名：	基于并联机器人机构的汽车薄板件柔性装配夹具研究
关键词：	汽车薄板件;柔性装配夹具;并联机器人机构;并联柔性夹具;装配偏差;雅克比矩阵
摘要：	本文针对汽车薄板柔性制造及混流装配的应用需求，提出了基于并联机器人机构的汽车薄板件柔性装配夹具——并联柔性夹具，完成了对并联柔性夹具机构的综合、设计、分析、制造及其相关实验研究；在此过程中构建了基于“N-2-1”定位原理的柔性装配夹具系统，并完成了对薄板装配的偏差分析及装配系统稳健优化。研究内容主要包括以下几个方面：　　首先，从汽车薄板装配夹具设计要求出发，给出了并联柔性夹具及其构成的柔性夹具系统的总体设计方案。提出了一种基于螺旋理论和李群理论的并联机构构型综合及衍生设计的新方法，完成了对一类新型三支路6-DOF(Degrees of Freedom)并联机构的综合及衍生设计。在从中选取了三套实施机构后，对机构进行了模块化设计。　　通过螺旋分析完成了对并联夹具机构的自由度确认及驱动副校验。并利用各机构的几何特征对机构的运动学逆解进行了求解；在机构螺旋分析的基础上，利用各螺旋之间的互易关系建立了机构的雅克比矩阵，避免了对雅克比矩阵求导等运算，使表达式物理意义更为明确；根据并联夹具机构的几何约束条件和装配条件，分别建立了各机构的参数设计空间模型，并利用二层空间建模解决了多参数问题。对机构逆解、雅克比矩阵及设计空间的建立是对机构进行性能指标分析的基础和前提。　　根据机构应用的需要，对并联夹具机构的工作空间、奇异性和刚度性能进行了系统的研究。研究了工作空间形状、面积与机构参数之间的关系；在以往对并联机构奇异研究的基础上，提出了基于螺旋分析的奇异分类方法，并基于线几何与螺旋相结合的方法分析了各并联夹具机构的奇异情况；提出了新的利用螺旋理论的并联机构刚度建模方法，利用螺旋理论实现了对并联机构受力分析、变形分析及刚度建模，提出了基于螺旋理论的并联夹具机构全局刚度矩阵构建方法。建立了各性能所对应的全域评价指标，并在机构的设计空间内绘制了相应的性能图谱，为并联夹具机构尺寸优化设计提供重要的参考依据。　　通过对汽车薄板装配过程的分析，提炼了装配中各阶段所引入的5种偏差：工件偏差、夹具偏差、定位偏差、夹紧偏差及焊接偏差。完成了薄板装配地偏差建模：建立了焊接偏差存在下的薄板装配回弹方程，并相继给出了其余偏差的建模方法，着重通过螺旋分析建立了定位偏差模型，利用多点约束法及形状函数差值解决了夹紧偏差的求解。并利用所建立的薄板装配偏差模型构建了新的薄板装配稳健设计指标。　　最后，本文在系统地分析并联夹具机构了各性能指标的基础上，给出了并联夹具机构尺寸优化设计的准则，并完成了并联夹具机构的尺寸优化设计、详细方案设计及实验样机建立。在完成了并联夹具机构的控制系统硬件集成及软件设计后，对机构进行了装夹实验以及机构刚度、重复性精度等实验研究。　　本文的研究工作对提高汽车生产响应市场变化速度，提高生产率具有重要意义。
作者：	于洪健
专业：	机械电子工程
导师：	胡泓
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文