基于等效剛度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度保證策略研究.pdf

1、與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度質(zhì)量比大、高承載力、良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及運(yùn)動(dòng)高精度等優(yōu)點(diǎn)，在制造裝備、智能結(jié)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人、娛樂設(shè)施等方面得以廣泛運(yùn)用。并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃大多根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型求解，沒有考慮機(jī)構(gòu)在外力作用下的變形。同時(shí)，由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)終端位置姿態(tài)難以直接測(cè)量，且并聯(lián)機(jī)構(gòu)多采用半閉環(huán)控制，無法通過控制消除構(gòu)件變形對(duì)終端精度的影響。通過分析并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)剛度，開展考慮終端受力下并聯(lián)機(jī)構(gòu)的變形研究，對(duì)于保證其運(yùn)動(dòng)精度具有重要意義。本

2、文研究工作主要從兩方面開展：在并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，通過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化改善機(jī)構(gòu)整體的剛度性能，此為先驗(yàn)的精度保證；在并聯(lián)機(jī)構(gòu)裝配完成后，考慮其因受力產(chǎn)生的構(gòu)件變形而引入的終端誤差，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)精度的保證策略研究，此為后驗(yàn)的精度保證。本文研究內(nèi)容如下：
　　(1)針對(duì)目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度分析，以矩陣主對(duì)角線元素作為對(duì)應(yīng)自由度方向剛度值的表述不準(zhǔn)確問題，提出了機(jī)構(gòu)各自由度方向的等效剛度、等效力概念，綜合考慮了各自由度間受力耦合的關(guān)系，考慮了矩陣中各

3、元素對(duì)同一自由度方向上剛度的綜合影響，以此作為各自由度剛度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過矩陣元素單位分析及遺傳算法舉例驗(yàn)證了其正確性，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)通過對(duì)鉸鏈坐標(biāo)系和笛卡爾坐標(biāo)系下的剛度矩陣求解分析，得出了兩者之間的變換關(guān)系。以笛卡爾坐標(biāo)系下的守恒協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換剛度矩陣為基礎(chǔ)，提出了兼顧實(shí)時(shí)性和耦合性的守恒協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換等效剛度，并以此分析機(jī)構(gòu)在各自由度方向上的變形，優(yōu)化了運(yùn)動(dòng)精度保證策略研究中的剛度模型。
　　(3)針對(duì)現(xiàn)有并聯(lián)機(jī)

4、構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法，通過剛度矩陣條件數(shù)或矩陣主對(duì)角線元素相加求和作為優(yōu)化函數(shù)，存在各自由度方向剛度表達(dá)不準(zhǔn)確、剛度值分布不合理等問題，基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)等效剛度提出了新的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化函數(shù)。通過示例驗(yàn)證了優(yōu)化后并聯(lián)機(jī)構(gòu)各自由度方向剛度值，在整體或局部上都有較大提高，有利于保證并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度。
　　(4)基于守恒協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換等效剛度，提出一種考慮并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度的運(yùn)動(dòng)學(xué)解算模型，給出了高效的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析算法。通過舉例驗(yàn)證，得到的驅(qū)動(dòng)輸入?yún)?shù)保證了該