液壓驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人特性及其控制策略研究.pdf

1、相對(duì)于串聯(lián)機(jī)器人，并聯(lián)機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度大、精度高和承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛的關(guān)注。但是，并聯(lián)機(jī)器人的上述優(yōu)點(diǎn)是潛在的，這些優(yōu)點(diǎn)的充分發(fā)揮都需要一定的條件。只有充分了解和掌握了并聯(lián)機(jī)器人自身的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，才能真正將上述優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)出來。
　　本文首先對(duì)六自由度液壓驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，并利用Kane方法建立了并聯(lián)機(jī)器人的13個(gè)剛體動(dòng)力學(xué)方程。根據(jù)并聯(lián)機(jī)器人多剛體系統(tǒng)和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)間相互作

2、用原理，建立了并聯(lián)機(jī)器人的完整動(dòng)力學(xué)模型。利用該動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的各個(gè)自由度頻率特性進(jìn)行了分析，并給出了并聯(lián)機(jī)器人自由度間的耦合特性。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。
　　并聯(lián)機(jī)器人相對(duì)于串聯(lián)機(jī)器人具有工作空間狹小的缺點(diǎn)。了解并聯(lián)工作空間特點(diǎn)和基本描述方法，可以用于指導(dǎo)并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)。本文分別就并聯(lián)機(jī)器人的位置空間和姿態(tài)空間進(jìn)行分析，并給出了三維空間描述。
　　在前人關(guān)于并聯(lián)機(jī)器人奇異性研究基礎(chǔ)上，將并聯(lián)機(jī)器人的工

3、作空間劃分為奇異區(qū)和非奇異區(qū)，并分別利用條件數(shù)判據(jù)和支腿長(zhǎng)度判據(jù)對(duì)奇異區(qū)進(jìn)行了判別。同時(shí)，本文在對(duì)并聯(lián)機(jī)器人中最典型的奇異位形——Hunt奇異的幾何學(xué)研究基礎(chǔ)上，分別就3-3Gough-Stewart機(jī)構(gòu)、3-6Gough-Stewart機(jī)構(gòu)和6-6Gough-Stewart機(jī)構(gòu)給出了發(fā)生Hunt奇異的幾何判別方法。本文的奇異性研究成果不但揭示了并聯(lián)機(jī)器人奇異性的本質(zhì)特征，也為實(shí)際各種應(yīng)用中六自由度并聯(lián)機(jī)器人奇異性的判斷提供了一個(gè)簡(jiǎn)便、

4、有效的方法。
　　在進(jìn)行并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要清楚如何評(píng)價(jià)一臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人性能的優(yōu)劣。為此，本文給出了并聯(lián)機(jī)器人的各種性能指標(biāo)的數(shù)學(xué)描述，如可操作度、各項(xiàng)同性、速度和力傳遞特性，并對(duì)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了剛度和固有頻率的分析。之后，利用上述性能指標(biāo)，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)性能的影響，并對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選。最后，根據(jù)并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)緊湊作為優(yōu)化目標(biāo)，而將其他性能指標(biāo)，如固有頻率、奇異性等均作為約束條件，利用SQP優(yōu)化算

5、法，對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了自動(dòng)尋優(yōu)，得到一組較手動(dòng)尋優(yōu)性能更優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　對(duì)于一臺(tái)給定結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)器人來說，如何充分發(fā)揮和挖掘其性能潛力，是并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。本文在最后一章對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的控制策略進(jìn)行研究。首先對(duì)基于鉸點(diǎn)空間的前饋控制和動(dòng)壓反饋控制進(jìn)行了探討。之后，采用自由度前饋控制和基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的交叉耦合控制對(duì)并聯(lián)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了有效控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明上述控制策略能夠有效提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的響應(yīng)頻寬。作