并联机构在设计、制造、使用过程中存在着不确定性因素的影响,在忽视不确定性因素影响的多目标优化过程中,不确定性因素会在多个目标函数间传播累积,最终使得并联机构的需求性能产生波动,可靠性降低。因此,为了满足实际工程中对并联机构可靠性的要求,需将考虑不确定性的可靠性优化设计引入到并联机构的多目标优化设计中。本文以并联机构在激光切割机床主体机构方面的应用为例,将考虑不确定性的可靠性优化设计引入到激光切割机床主体机构的多目标优化设计中,以此提高激光切割机床的精度和可靠性。主要研究内容如下:(1)为了将并联机构优势与激光切割机床向着高速、精密的发展趋势相结合,本文以竖式3-PUU并联机构作为激光切割机床主体机构。对3-PUU并联机构进行运动学和动力学理论分析。包括互易螺旋理论为基础的运动特征分析,通过几何约束方程求得机构位置方程,采用三维极坐标搜索法得到该机构的工作空间图。以虚设机构法求得并联机构的Jacobian矩阵和Hessian矩阵,基于影响系数法对3-PUU并联机构进行运动学分析,通过牛顿-欧拉法建立3-PUU并联机构的逆动力学模型。(2)为了保证并联机构运动学和动力学理论分析的正确性,利用Matlab数值计算和Adams虚拟建模进行联合仿真,两种仿真形式所得曲线相吻合,保证了运动学和动力学理论分析的正确性和仿真结果的可靠性,同时验证了3-PUU并联机构用作激光切割机床主体机构的适用性,为性能指标的建立提供了正确的理论基础。(3)为了提高并联机构的整体性能,对其开展多目标优化研究。根据3-PUU并联机构的服役环境和性能需求,以工作空间、速度全域性能、加速度全域性能、惯性力全域性能等方面性能指标为目标函数,构建多目标优化数学模型。采用基于Isight的第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)对设计空间进行Pareto搜索,平衡各性能的实际需求,在可行性设计点中选取最优Pareto解,使得机构整体性能最优。(4)为了保证并联机构的可靠性要求,采用基于Isight的6 Sigma优化的方式来管理3-PUU并联机构中随机不确定性因素。首先运用概率论的方法分析量化不确定性因素,并建立考虑不确定性的多目标优化模型。然后在多目标优化的基础上,基于Isight对并联机构进行6 Sigma优化。最后通过可靠性分析对比6 Sigma优化前后需求性能的可靠度,经过对比可以得到6 Sigma优化所得优化结果更加可靠,更切合实际工程需求。本课题的研究不仅能够促进激光加工技术的发展,而且能够弥补并联机构传统优化设计中忽视不确定性因素影响的不足,使得并联机构设计优化更加接近工程实际,对提高我国并联机构的设计能力和设计质量具有一定的指导意义。