并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異性分析及免奇異方法研究.pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)以其特有的剛度大、承載能力強(qiáng)、累積誤差小、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)了社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在航空航天、精密機(jī)械加工、工業(yè)機(jī)器人等高科技領(lǐng)域得到了應(yīng)用。隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的奇異性問(wèn)題引起了眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。奇異性是并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固有特性，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于奇異位置時(shí)，運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)分岔現(xiàn)象，使機(jī)構(gòu)的輸出運(yùn)動(dòng)不確定。因此，如何控制機(jī)構(gòu)以確定的運(yùn)動(dòng)通過(guò)奇異位置是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)器人控制的關(guān)鍵。本文利用奇異性理論，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異位置處的奇異性規(guī)避

2、問(wèn)題進(jìn)行了研究，解決了機(jī)構(gòu)以確定的運(yùn)動(dòng)通過(guò)邊界奇異位置的關(guān)鍵問(wèn)題，并研究了與機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)的復(fù)雜奇異性問(wèn)題和有效減少機(jī)構(gòu)奇異性的問(wèn)題。 首次在復(fù)數(shù)域內(nèi)研究機(jī)構(gòu)的奇異性問(wèn)題。以Watt六桿機(jī)構(gòu)為例，討論了多環(huán)機(jī)構(gòu)的奇異性問(wèn)題，在復(fù)數(shù)域內(nèi)建立的機(jī)構(gòu)分岔分析方程，形象直觀，芽空間轉(zhuǎn)換非常方便?；诜植矸匠痰亩嘟庑院推娈愋岳碚?，分析了多環(huán)機(jī)構(gòu)的奇異構(gòu)型和機(jī)構(gòu)的分岔性態(tài)與機(jī)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。 應(yīng)用奇異性理論分析Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)

3、的構(gòu)型分岔特性。建立了機(jī)構(gòu)的分岔方程，利用Jacobian矩陣確定機(jī)構(gòu)的奇異位置，根據(jù)奇異性理論的靜態(tài)分岔?xiàng)l件來(lái)判斷機(jī)構(gòu)的分岔點(diǎn)，并將分岔方程的部分導(dǎo)數(shù)特性用于確定分岔點(diǎn)的分岔特性。提出了構(gòu)型轉(zhuǎn)換影響系數(shù)的概念，該系數(shù)揭示了奇異位置附近機(jī)構(gòu)構(gòu)型的變換規(guī)律，為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為利用開(kāi)折的方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向分岔點(diǎn)免奇異奠定了基礎(chǔ)。 首次用數(shù)值的方法研究了對(duì)稱6-6型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)多參數(shù)復(fù)雜奇異性問(wèn)題。6-6型St

4、ewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有六個(gè)自由度，六個(gè)輸入?yún)?shù)可以作為機(jī)構(gòu)的分岔參數(shù)，不同的分岔參數(shù)引起機(jī)構(gòu)出現(xiàn)不同的分岔現(xiàn)象。根據(jù)分岔參數(shù)組合對(duì)機(jī)構(gòu)分岔的影響，將多分岔參數(shù)組合共分為八種情況，并對(duì)這八種情況下機(jī)構(gòu)的奇異性和分岔點(diǎn)的分岔特性進(jìn)行了詳細(xì)討論。分岔分析結(jié)果驗(yàn)證了以往研究中所出現(xiàn)的奇異位形，同時(shí)又發(fā)現(xiàn)了新的奇異位形。 首次討論了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異性的關(guān)系。詳細(xì)討論了 Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)、靜平臺(tái)半徑R<,1>和R<,2>

5、、作動(dòng)筒長(zhǎng)度l<,i>和動(dòng)、靜平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)夾角a<,1>和a<,2>對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)分岔特性的影響，并通過(guò)分析工作空間和穩(wěn)定工作空間給出了上述參數(shù)選取的基本方法，為通過(guò)合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的免奇異或減少機(jī)構(gòu)的奇異性奠定了理論基礎(chǔ)。從非線性奇異性理論出發(fā)，研究了并聯(lián)機(jī)構(gòu)邊界奇異性的規(guī)避問(wèn)題。分析了并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異位置的構(gòu)型分岔特性，根據(jù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)通過(guò)邊界奇異位置的構(gòu)型方式將邊界奇異性規(guī)避問(wèn)題分為三類進(jìn)行了研究，分別構(gòu)造了并聯(lián)機(jī)構(gòu)以這三種構(gòu)型方式通過(guò)