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为了将并联机构应用于航天器的海面回收平台等领域,提出一种可以实现三移动二转动的新型五自由度并联机构—5-PSS/UPU并联机构作为动态平衡调节装置。由于并联机构存在闭链结构特点,其在重载、高速的运动状况下,关节摩擦、惯量耦合及构件变形等多重因素下会影响5-PSS/UPU并联机构的动态特性及控制精度。因此为改善该并联机构的运动性能和提高动平台的输出精度,提出了一种基于空间模型技术与主成分分析法相结合的多目标性能参数优化方法对5-PSS/UPU并联机构进行结构优化设计,并对其进行了动态特性研究。(1)首先,通过螺旋理论对5-PSS/UPU并联机构进行了自由度分析,并采用修正后的Gruber-Kutzbach公式进一步验证了该机构的自由度数;其次,基于矢量法推导出机构的位置,速度及加速度反解;最后,通过数值仿真得到了各驱动支链的长度、速度及加速度随时间的变化规律。(2)在运动学模型的基础上,推导出机构的位置反解、运动传递平衡方程,并对单个驱动分支进行螺旋分析,给出多个全域性能指标;其次,应用空间模型技术研究各全域性能评价指标与机构结构参数之间的分布规律,并绘制了各项全域性能图谱;然后,应用主成分分析(PCA)法研究各全域性能指标之间的相关性,得到了综合性能评价指标函数并绘制综合性能图谱,最后,基于综合性能图谱进行了该机构的多目标性能参数优化设计。(3)考虑关节摩擦效应的情况下,采用Newton-Euler法建立了5-PSS/UPU并联机构的动力学模型,并通过MATLAB与ADAMS仿真软件验证了动力学模型的正确性和考虑关节摩擦的必要性。然后,基于动力学模型,进行机构的动力学耦合特性分析,给出了惯量耦合特性评价指标。最后,在该并联机构的工作空间内,研究了耦合特性指标随机构运动状况的变化规律。(4)考虑动平台、主动支链杆件及丝杆滑块的受力变形的条件下,对5-PSS/UPU并联机构建立静刚度模型,在此基础上给出了整机静刚度性能评价指标;其次基于有限元理论,将主动杆件和丝杆滑块分别考虑成等截面空间梁单元和平面梁单元模型,采用lagrange法建立相应的弹性动力学方程;然后,根据各构件的运动约束关系构建整机弹性动力学模型,以展开动态特性研究;最后,对建立的静刚度模型和弹性动力学模型进行了数值仿真分析。本文所展开的5-PSS/UPU并联机构结构参数优化设计及动态特性研究对于改善该并联机构运动学性能和提高动平台的输出精度具有重要的意义,同时也为后续控制策略研究奠定了重要的理论基础。