高頻六自由度并聯(lián)機構(gòu)的分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、液壓驅(qū)動的Stewart平臺目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了許多領(lǐng)域中，然而由于其自身結(jié)構(gòu)特點，使得它的工作頻段較低，限制了這種機構(gòu)在高頻運動領(lǐng)域的應(yīng)用。本文旨在研究典型Stewart平臺的工作頻率限制因素，并基于分析結(jié)果進行有針對性的改進，提出一種新的高頻六自由度并聯(lián)機構(gòu)，然后對該機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)以及固有頻率等進行分析，以拓展六自由度并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　本文首先根據(jù)以往的實驗現(xiàn)象，提出了典型Stewart平臺的工作頻寬限制因素即機

2、構(gòu)中所用的細(xì)長液壓缸的橫向振動這一觀點。針對Stewart平臺中經(jīng)常使用的細(xì)長單出桿液壓缸，進行了結(jié)構(gòu)分析，考慮其關(guān)鍵部件，得到了它的等效簡化模型?；诖四Ｐ?，推導(dǎo)了細(xì)長單出桿液壓缸橫向振動的運動方程，并找出了限制橫向振動的邊界條件。利用運動方程和邊界條件，進一步求解了細(xì)長單出桿液壓缸橫向振動的固有頻率，并通過Matlab軟件分析了液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其橫向振動一階固有頻率的影響，給出了提高一階固有頻率的方法。通過對比以往的實驗數(shù)據(jù)以及利

3、用ANSYS軟件建模仿真，驗證了理論模型的有效性，也說明了細(xì)長單出桿液壓缸的橫向振動確實會限制Stewart平臺的工作頻率。
　　在以上分析的基礎(chǔ)上，本文對一種新型的六自由度并聯(lián)機構(gòu)進行了說明，討論了其實現(xiàn)高頻運動的可能性。然后建立了該機構(gòu)的運動學(xué)反解模型，得到了機構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)：雅克比矩陣。在運動學(xué)模型的基礎(chǔ)上，又分別建立了機構(gòu)的單剛體和多剛體動力學(xué)模型，其中在建立多剛體動力學(xué)模型時，使用了凱恩方法，減小了工作量，推導(dǎo)過程比較簡潔

4、。接下來在Matlab/Simulink和Adams/View環(huán)境下分別搭建模型，對比驗證了運動學(xué)和動力學(xué)模型的正確性。
　　在運動學(xué)和動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，本文又對這種高頻六自由度并聯(lián)機構(gòu)的固有頻率進行了分析。首先求出了機構(gòu)的剛度矩陣的一般表達(dá)式，然后結(jié)合動力學(xué)建模過程中得到的機構(gòu)質(zhì)量矩陣，求解了當(dāng)并聯(lián)機構(gòu)處在中位時，其六個自由度方向上的固有頻率和振型。通過結(jié)果可知，該并聯(lián)機構(gòu)在一般情況下，在中位時，不同自由度之間的運動會有耦合。

5、為消除這種耦合，文中推導(dǎo)了該并聯(lián)機構(gòu)在中位時的振動解耦條件，并基于單剛體模型的振動解耦條件，求得了解耦之后機構(gòu)在六個自由度方向上的固有頻率公式。最后分析了機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其固有頻率的影響，并結(jié)合不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下液壓缸的出力大小，對機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。
　　本文首次提出了細(xì)長液壓缸的橫向振動對Stewart平臺的工作頻率的限制，并對細(xì)長單出桿液壓缸的橫向振動進行了詳細(xì)分析，為液壓缸的設(shè)計和選擇以及平臺的設(shè)計提供了幫助。另外，本文在