三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的若干關鍵技術(shù)研究.pdf

1、海洋條件下艦船運動的模擬技術(shù)是伴隨著仿真、航海和艦船技術(shù)的發(fā)展同步發(fā)展起來的,它不但可以模擬艦船的各種復雜運動姿態(tài),還可以研究海浪、海流等因素對艦船在海上運動特性的影響,具有明顯的可控性、無破壞性、經(jīng)濟性、可靠性和安全性等優(yōu)點,這種模擬技術(shù)已經(jīng)得到了世界各國的廣泛研究。
　　 石油是當今世界上最重要的能源,其中船舶是海洋石油的主要運載工具。由于石油不同于固體的特殊性,在運輸過程中,石油的晃動會對船舶運動產(chǎn)生影響。為了測試在各種海

2、況條件下運輸石油可能出現(xiàn)的危險情況,本文提出運用一種結(jié)構(gòu)為4-S(P)S/S的三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)實現(xiàn)模擬船舶在海上的搖擺運動,對其主要的關鍵技術(shù)展開詳細研究。主要研究內(nèi)容概括如下:
　　 根據(jù)4-S(P)S/S冗余驅(qū)動三自由度并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點,建立合適的靜態(tài)參考坐標系、動坐標系和支鏈坐標系,運用螺旋理論推導出該并聯(lián)機構(gòu)動平臺的真實自由運動特性;運用坐標旋轉(zhuǎn)變換法,建立該機構(gòu)的位置逆解模型,推導出其位置逆解的解析解;運用桿

3、長約束方程和Sylvester結(jié)式消元法,首次推導出該機構(gòu)位置正解的全部解析解,實例分析結(jié)果驗證了該位置正解求解算法的正確性。
　　 推導出4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的雅可比矩陣,運用Gosselin奇異性分析法對4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的奇異性進行分析,分析結(jié)果表明該并聯(lián)機構(gòu)在其預設工作空間內(nèi)不存在奇異位型;研究了影響4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)工作空間的主要因素,并對其運動副的

4、轉(zhuǎn)角限制和各支鏈間的尺寸干涉限制進行了解析化分析;基于位置正解的解析解模型,設計了4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)回轉(zhuǎn)工作空間的求解算法,避免了數(shù)值方法及幾何方法的復雜性和不確定性,實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)工作空間的直觀性表達。
　　 運用牛頓一歐拉法研究了4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)各主動支鏈和動平臺的動力學模型,推導出各主動支鏈驅(qū)動力的顯示方程;分別運用驅(qū)動力的2范數(shù)優(yōu)化、各驅(qū)動器最大瞬時驅(qū)動力的最小優(yōu)化、驅(qū)動力總

5、變化率的最小優(yōu)化、驅(qū)動器總驅(qū)動功率的最小優(yōu)化和各驅(qū)動器最大瞬時驅(qū)動功率的最小優(yōu)化的方法對-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的驅(qū)動力進行了優(yōu)化研究;通過仿真分析發(fā)現(xiàn),驅(qū)動力的2范數(shù)優(yōu)化和驅(qū)動力總變化率的最小優(yōu)化效果優(yōu)于其他三種優(yōu)化方法。
　　 基于逆向運動學雅可比矩陣和正向運動學雅可比矩陣,運用拉格朗日乘子法,研究了4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的速度、靈巧度、剛度和承載能力的全域性能指標;運用求導法推導出4-S

6、(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的二階影響系數(shù)矩陣,在此基礎上研究了4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的加速度全域性能指標;在預設工作空間內(nèi)繪制出相應的全域性能指標圖譜,分析了各類性能指標隨機構(gòu)尺寸參數(shù)變化的分布規(guī)律,獲得了在各類全域性能指標下的4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的最優(yōu)尺寸區(qū)間。
　　 為4-S(P)S/S三自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)設計了閥控液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng),從理論上推導出非對稱閥控制非對稱液壓