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基于Stewart平台的粗糙度测量仪台架的研究

作　者: 唐亚明
导　师: 潘晓彬
学　校: 宁波大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 表面粗糙度三维检测 Stewart平台多自由度位姿误差仿真
分类号: TP216
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

零件表面粗糙度是评定各种机械加工表面质量的一个重要的指标。表面粗糙度不仅影响着机械工件的结合密封性、工件之间粘合的胶合强度、耐腐蚀性、导体表面电流的流通、液体和气体流动的阻力、耐磨性等,而且影响机械设备的振动及噪声、装配质量、动力损耗等。目前表面粗糙度的评价主要是二维的,测量仪器也是针对二维参数设计的,但二维的评价方法不能很好的反映工件表面形貌状况,为了满足任意位姿工件表面粗糙度的检测和工件表面三维检测的趋势,迫切需要研制三维粗糙度测量系统。针对以上现状,本文研究了基于Stewart平台的多自由度表面粗糙度测量仪台架。根据台架的功能和技术要求,对测量方案进行了总体设计,并对台架的具体结构进行了分析和设计。对台架的关键结构部分进行了优化设计和运动学仿真,获得了满足要求的结构。运用Stewart平台的输入输出微分关系,建立了Stewart平台输出位姿误差正解的数学模型。应用该正解模型可以直接得出Stewart平台输出位姿误差。建立了多自由度表面粗糙度测量仪台架的数学模型,并利用MATLAB软件进行了针对平面粗糙度测量的数学仿真,得出了动平台在平移的过程中各个运动杆杆长变化曲线。建立了多自由度表面粗糙度测量仪台架的三维实体模型,为多自由表面粗糙度测量仪台架的运动学仿真提供了的虚拟样机模型。应用ADAMS对台架进行了针对平面和圆面的粗糙度检测以及位姿调整的运动学仿真,得出了仿真动画和仿真曲线。一方面,通过对比虚拟样机运动学仿真结果和数学仿真结果,得出虚拟样机模型和数学模型的建立是对应合理的,两个模型可以用于台架的进一步的仿真和研究。另一方面,通过仿真运动得出了台架在运动的过程中,没有干涉现象产生,各运动杆杆长变化量在最大杆长变化范围内,动平台的行程可以满足粗糙度测量的行程需求,速度和加速度在合理的范围内变化,整个台架的性能可以满足测量的需求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 表面粗糙度研究的意义  9
  1.2 表面粗糙度评价的研究概况  9-13
    1.2.1 表面粗糙度的测量方法  9-11
    1.2.2 表面粗糙度的二维评定  11-12
    1.2.3 表面粗糙度的三维评价  12-13
  1.3 表面粗糙度的获取  13-15
    1.3.1 传统二维表面粗糙度测量仪的介绍  13-14
    1.3.2 传统三维表面粗糙度测量系统的介绍  14-15
  1.4 Stewart 平台的发展及应用  15-16
  1.5 总体设计方案的确定  16-18
  1.6 本文主要研究内容  18-19
2 基于Stewart 平台的多自由度测量台架的结构设计与分析  19-33
  2.1 引言  19
  2.2 Stewart 机构模型及自由度计算  19-20
  2.3 运动学模型分析  20-24
    2.3.1 坐标系的建立  20-21
    2.3.2 位置分析  21-23
    2.3.3 台架的运动学分析  23-24
  2.4 台架的结构设计  24-30
    2.4.1 基本参数确定  24-26
    2.4.2 铰链的设计  26-28
    2.4.3 运动杆的设计  28-30
  2.5 运动杆的结构组成  30-32
  2.6 本章小结  32-33
3 基于Stewart 平台粗糙度测量仪台架的运动精度分析  33-40
  3.1 引言  33
  3.2 位姿误差正解模型的建立  33-37
  3.3 运动误差的补偿方法研究  37-39
    3.3.1 位姿精度补偿建模  37-38
    3.3.2 计算实例  38-39
  3.4 结论  39-40
4 基于MATLAB 的测量台架的逆解仿真  40-47
  4.1 引言  40
  4.2 平面粗糙度检测的数学模型  40-41
  4.3 平面粗糙度测量数学仿真分析  41-46
  4.4 本章小结  46-47
5 基于虚拟样机技术的测量台架的运动学仿真  47-61
  5.1 引言  47
  5.2 基于Pro/E 的实体造型建模  47-48
  5.3 基于ADAMS 的运动学仿真  48-50
    5.3.1 ADAMS 建模与仿真步骤  48
    5.3.2 驱动函数的添加  48-49
    5.3.3 Pro/E 与ADAMS 的模块接口  49-50
  5.4 台架虚拟样机的运动学仿真实验  50-58
  5.5 圆面粗糙度测量的仿真分析  58-60
  5.6 本章小结  60-61
6 结论与展望  61-62
  6.1 全文总结  61
  6.2 展望  61-62
参考文献  62-64
在学研究成果  64-65
致谢  65

基于Stewart平台的粗糙度测量仪台架的研究

内容摘要

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