中文摘要：

高速空间并联式坐标测量机本质上是几何非线性时变动力系统，其弹性动力学行为分析与优化是发展现代测量机亟待解决的关键基础问题。本项目拟以4-UPS-UPU高速空间并联式坐标测量机为研究对象，在非线性框架内开展弹性动力学建模、动力学行为分析和优化设计等方面的研究。基于Lagrange方程和有限元法，建立协同考虑几何非线性和刚弹运动耦合的测量机精细的非线性时变弹性动力学模型；采用Newmark直接积分法和谐波平衡法，研究测量机非线性动力学行为以及非线性因素的影响规律；研究测量机的设计参数与其动力学行为之间的关系，提出测量机非线性动力学优化设计的准则，基于神经网络及遗传算法，实现测量机动力学优化设计；利用虚拟样机仿真验证研究结果，进行模型修正。项目研究成果拟构建高速空间并联机器非线性弹性动力学精细建模及动力学行为分析和动力学优化设计的理论和方法，为准确地预测其动力学行为，优化其动力学性能，奠定基础。

结论摘要：

本项目对高速空间并联式坐标测量机的非线性弹性动力学行为分析与参数优化进行了深入研究。分别利用柔性多体动力学理论和运动弹性动力学理论建立了4-UPS-UPU并联式坐标测量机的非线性弹性动力学方程。采用线性与非线性对比研究的方法，考察了几何非线性因素对测量机动力学响应和固有动态特性的影响规律，研究发现几何非线性对测量机的动力学行为有较大的影响。讨论了测量机的动力学行为与机构基本参量之间的关系，揭示了测量机动力学性态与其基本参量之间的内在规律，研究发现测量机的驱动杆截面参量，材料参量和动平台质量等对测量机的运动响应、应力和固有频率都有一定的影响。推导出了测量机弹性动力学行为的灵敏度计算公式，分析了测量机的运动响应、驱动杆应力和频率对其动平台质量和驱动杆截面积等设计参数的灵敏度。建立了以测量机驱动杆的截面参数和动平台质量为设计变量，测量机的总质量和基频整合成的综合函数为优化目标函数，以驱动杆变形能约束和动应力约束为约束条件的测量机参数优化设计数学模型，分别采用遗传算法和fmincon函数对模型进行了求解，研究发现优化后测量机的弹性动力学性能得到了较明显的提高。上述研究成果将为准确地预测高速空间并联机器的实际动力学行为，优化其动力学性能，提高其设计水平，奠定理论与技术基础。