【摘 要】
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新能源汽车、航空航天以及船舶、电力装备等领域大量使用铝合金结构件,其连接多采用搅拌摩擦焊接技术完成,该技术对焊接装备的刚度性能要求较高。论文结合一种新型三维搅拌焊接装备的设计,研究了一种3UHU/UP并联机构（Tri-X）的刚度建模及优化设计问题,主要内容如下:（1）在Tri-X机构运动学分析的基础上,利用边界搜索算法,得到了Tri-X机构的可达空间,远大于同尺度下的Tricept机构;并根据任务
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新能源汽车、航空航天以及船舶、电力装备等领域大量使用铝合金结构件,其连接多采用搅拌摩擦焊接技术完成,该技术对焊接装备的刚度性能要求较高。论文结合一种新型三维搅拌焊接装备的设计,研究了一种3UHU/UP并联机构（Tri-X）的刚度建模及优化设计问题,主要内容如下:（1）在Tri-X机构运动学分析的基础上,利用边界搜索算法,得到了Tri-X机构的可达空间,远大于同尺度下的Tricept机构;并根据任务空间需求,确定了关键尺度参数范围;结合驱动方向与约束方向速度分析,构建出Tri-X机构的全雅可比矩阵,考虑驱动支链与约束支链变形,构造了机构的全变形雅可比矩阵;以上理论分析为机构刚度建模奠定了基础。（2）虑及尺度参数、关节铰链及轴承刚度,基于虚功原理与全变形雅可比矩阵,构建出Tri-X并联机构的半解析刚度模型;结合典型位姿,借助有限元软件ANSYS Workbench对其刚度进行仿真分析,验证了刚度解析模型的有效性,并利用刚度解析模型预估了任务空间中机构刚度的分布情况。（3）定义了刚度性能评价指标,结合响应面法构建了性能评价指标与设计参数之间的响应面模型,并通过灵敏度分析方法筛选出关键设计参数。给定参数设计空间,借助多目标粒子群优化算法,对机构刚度性能与机构体积开展基于Pareto前沿法的多目标优化设计,得到关键设计参数的最佳匹配。本文的研究成果为高刚度并联机构的优化设计提供了理论依据,对搅拌摩擦焊接机器人工程样机开发具有重要意义。
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