基于全雅克比矩陣的主動過約束并聯(lián)機構理論分析與應用研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、對于主動過約束(冗余驅動)并聯(lián)機構的理論研究與實驗都是近年來的國內外機器人領域中前沿的研究方向。與一般的并聯(lián)機構相比,主動過約束并聯(lián)機構的本質特點在于其由于主動過約束的存在,使得機構在自由度不變化的同時系統(tǒng)能夠主動的控制驅動力/力矩的大小,因此主動過約束并聯(lián)機構的運動特性以及力學特性也就隨著發(fā)生變化。本文的研究工作旨在通過分析不同的主動過約束并聯(lián)機構的性能(運動學/力學性能)特點說明主動過約束力/力矩對并聯(lián)機構整體性能的影響。
 

2、 首先對線矢力的各向同性條件進行了深入研究,并且通過分析說明了當各線矢力均勻分布在錐頂角為109.472°的錐面上時恒滿足各向同性。此外,提出了一種通過考慮驅動副布置的方法,并且結合各向同性線矢力的方法,提出了一種主動過約束三自由度移動并聯(lián)機構的型綜合方法。最后通過對一種典型的4-PRRR并聯(lián)機構進行分析,說明了該機構在其運動過程中能夠始終滿足其承載能力各向同性,并且從一定程度上驗證了其構型綜合理論的正確性。
  基于螺旋理論互易

3、積原理建立了一般主動過約束并聯(lián)機構的全雅克比矩陣,其中包括機構的驅動雅克比矩陣,約束雅克比矩陣以及主動過約束雅克比矩陣,并且明確了全雅克比矩陣各行的物理意義。以5-UPS/PRPU主動過約束并聯(lián)機構為例,建立了該機構的工作空間與操作空間的速度映射關系;建立了4-PRRR主動過約束并聯(lián)機構的運動模型,得到了其工作空間與操作空間的速度與加速度之間的映射關系,并且分析了其可達工作空間。
  利用全雅克比矩陣并結合偽逆法推導了彈性變形條件

4、下的主動過約束并聯(lián)機構全雅克比矩陣的加權廣義逆,從而得到了一般主動過約束并聯(lián)機構的內力表達式。通過分解冪等矩陣,并結合線性代數(shù)的線性變換求解出該機構中獨立的剛度可調系數(shù),并作為控制目標實現(xiàn)通過對剛度幅值的控制實現(xiàn)協(xié)調各個分支內力的大小。計算出7-SPS主動過約束并聯(lián)機構與5-UPS/PRPU主動過約束并聯(lián)機構各個分支的驅動力與內力幅值在對應運動空間內隨主動過約束剛度變化的關系,并且得出結論:可以通過調整主動過約束剛度的大小協(xié)調各個分支的

5、內力。
  基于雅克比矩陣以及虛功原理,得到了一般主動過約束并聯(lián)機構的剛度模型,該模型可以通過線性代數(shù)的方法分解成其不含有主動過約束部分的剛度矩陣以及其對應主動過約束的剛度矩陣。以5-UPS/PRPU主動過約束并聯(lián)機床為例,通過考慮其各個驅動分支傳動部件的變形構造了各個單分支沿軸向的剛度模型,并建立了該機床的整體剛度模型,并且通過比較其主動過約束與非主動過約束狀態(tài)下的剛度模型,說明了主動過約束剛度對機床整體剛度性能的影響。

6、  以5-UPS/PRPU主動過約束并聯(lián)機床作為算例,通過結合有限單元法的數(shù)值分析方法以及子結構的思想推導了該機床的動力學模型。首先將機床劃分為不同的子結構,并將其各個子結構等效為空間梁單元的組合,建立空間梁單元的動力學模型;根據(jù)各個分支的結構特征,將各個梁單元組裝到一起,最后得到了該機床的整體彈性動力學模型,并且分析了其動態(tài)響應特性。
  對5-UPS/PRPU主動過約束并聯(lián)機床的控制系統(tǒng)進行了分析,并且針對機床的整體系統(tǒng)提出了

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