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随着现代制造装备向高速、高精密化方向发展,对作为核心功能单元的机构的运动精度提出了更高的要求。实际机构存在一些固有不确定性因素,包括制造和装配公差、运动副间隙以及输入误差等,这些因素使机构的真实运动偏离理想运动。运动可靠性是一个用于评价机构受不确定因素影响下的运动精度的性能指标。将运动可靠性作为一个评价指标引入机构的设计和性能评估中,有利于提高核心机构的运动质量。平面并联机构具有刚度高,负载能力强,运动精度高等特点,被非常广泛地应用到现代精密制造装备中。本文对平面并联机构的运动可靠性进行了理论和实验研究,全文的主要工作如下:首先,提出了一种考虑运动副间隙时平面并联机构运动误差的建模方法,并验证了所提建模方法的有效性。在此基础上,有机融合FOSM概率法、区间法和MCS方法,提出了一种混合不确定下平面并联机构运动可靠性的分析方法。针对3-RRR和3-PRR这两种典型平面并联机构的运动可靠性分析问题,验证了所提分析方法的有效性。其次,研究了各不确定参数对平面并联机构运动可靠性的影响机制,提出了一种基于AFOSM方法的平面并联机构可靠性灵敏度分析方法。为了验证所提方法的分析精度,建立了基于MCS方法的平面并联机构可靠性灵敏度数值分析模型。仿真结果表明,所提模型能够有效地对平面并联机构的运动可靠性灵敏度进行分析,获得较高的精度。然后,以3-RRR平面并联机构为对象,对平面并联机构的运动可靠性优化设计方法进行了研究。以确定性优化设计所得的3-RRR机构为基础,引入运动可靠性优化设计,对比分析了基于可靠性优化和传统确定性优化所得机构和的运动可靠性、机构尺寸参数和工作空间;进一步地,建立了以工作空间最大化为目标,运动可靠度大于某个给定值为约束的3-RRR机构优化设计模型,并对优化所得机构进行了仿真分析。最后,对基于3-RRR机构的平面并联机构运动可靠性进行了实验研究。采用激光跟踪仪对3-RRR机构的基本运动学参数进行了标定。在此基础上,将机构动平台的转动副更换为含较大间隙的转动副,通过含间隙机构多方向重复定位实验验证了所建立平面并联机构运动误差模型的有效性。然后,搭建了基于机器视觉的机构运动可靠性长时、实时监测可视化系统,为进一步研究机构运动精度渐变劣化过程的数据分析和数据挖掘提供了实验基础。