考慮運動副摩擦的混合輸入機構(gòu)理論與實驗研究.pdf

1、混合輸入機構(gòu)既具有較好的剛性又具有一定的柔性,在理論上比較理想的解決了柔性化與高承載力這一對矛盾,是現(xiàn)代機構(gòu)學的重要研究方向之一。精確實現(xiàn)給定的運動是混合輸入機構(gòu)的主要功能,但系統(tǒng)中摩擦力對機構(gòu)的動態(tài)性能及運轉(zhuǎn)精度有重要的影響。在混合輸入機構(gòu)的動力學、控制研究中考慮摩擦力的影響,對于改善系統(tǒng)性能具有重要的理論與實際意義。本學位論文以平面兩自由度混合輸入機構(gòu)為研究對象,對考慮運動副摩擦的混合輸入機構(gòu)實現(xiàn)給定運動軌跡的軌跡規(guī)劃、動力學建模、

2、控制與檢測進行了研究。提出一種混合輸入機構(gòu)連續(xù)軌跡的規(guī)劃方法。首先,確定給定機構(gòu)的工作空間,指出了給定機構(gòu)可實現(xiàn)軌跡與機構(gòu)工作空間的位置關(guān)系。提出了一種基于三次樣條函數(shù)對周期閉合連續(xù)軌跡進行數(shù)學描述的方法,保證輸出軌跡及一階、二階導數(shù)均連續(xù)。根據(jù)混合輸入機構(gòu)的特點提出一種逆運動學分析方法,可得到輸入運動與時間的對應(yīng)關(guān)系,將其作為學習樣本,進行RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓練即可得到原動件的輸入運動規(guī)律。仿真結(jié)果表明該軌跡規(guī)劃方法精確有效。提出了基于計

3、算機視覺的混合輸入機構(gòu)運動軌跡的檢測方法。構(gòu)建了基于計算機視覺的混合輸入機構(gòu)運動軌跡檢測系統(tǒng),包括圖像采集系統(tǒng)硬件的選型與匹配,動態(tài)圖像采集、處理軟件的開發(fā)等。提出了一種修正的Tsai標定方法,實現(xiàn)了攝像機高精度的平行標定。提出了適于低對比度數(shù)字圖像的處理、基于序列圖像的運動目標檢測、分割和亞像素定位的高效算法。基于構(gòu)建的檢測系統(tǒng),應(yīng)用計算機視覺測量方法對混合輸入機構(gòu)的運動軌跡進行了檢測實驗,結(jié)果表明采用視覺方法進行混合輸入機構(gòu)的運動軌

4、跡和速度的檢測是可行的,且具有較高的檢測精度。提出了一種考慮運動副摩擦情況下混合輸入機構(gòu)動力學建模方法。將機械系統(tǒng)中的摩擦力視為外加非保守力,提出了包含系統(tǒng)摩擦的Kane方程。將運動副元素間的作用力轉(zhuǎn)化為理想約束力與摩擦力矩,建立了考慮摩擦時機構(gòu)運動副的力學模型。應(yīng)用Kane方法建立了考慮運動副摩擦的混合輸入五桿機構(gòu)動力學模型,給出了該動力學模型的求解方法并進行了計算機仿真,結(jié)果表明運動副摩擦對混合輸入機構(gòu)的運動影響顯著。提出了考慮恒速

5、電機速度波動和系統(tǒng)不確定時混合輸入機構(gòu)實現(xiàn)軌跡跟蹤的控制方法。根據(jù)混合輸入機構(gòu)中恒速電動機可測不可控的特點,提出了混合輸入機構(gòu)實現(xiàn)軌跡跟蹤的硬件結(jié)構(gòu)方案和基于恒速電動機角位置跟蹤的可控電動機控制策略。將系統(tǒng)中的摩擦、外部擾動等集成為系統(tǒng)的不確定和,設(shè)計模糊自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)控制器進行給定軌跡的跟蹤。應(yīng)用模糊自適應(yīng)推理實現(xiàn)了對系統(tǒng)不確定和的逼近,獲得連續(xù)的控制增益,消除了傳統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制引起的抖振問題?；谌嵝糟q鏈設(shè)計出一種新型的摩擦傳感器結(jié)構(gòu)。

6、提出一種通用的柔性鉸鏈柔度的計算方法,適用于各種切口形狀的柔性鉸鏈的設(shè)計。將兩個柔性鉸鏈和兩個彈性懸臂梁進行組合,設(shè)計出一種新型的摩擦傳感器結(jié)構(gòu),該新型結(jié)構(gòu)消除了傳統(tǒng)摩擦傳感器組合構(gòu)件間的摩擦和反向間隙,可實現(xiàn)速度反向區(qū)的摩擦檢測。推導得到該傳感器結(jié)構(gòu)的解耦表達式,對傳感器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計消除了正壓力與摩擦力的耦合。應(yīng)用所設(shè)計的摩擦傳感器進行了運動副摩擦檢測試驗,結(jié)果表明所設(shè)計的傳感器可實現(xiàn)正壓力與摩擦力的解耦,并可實現(xiàn)運動副摩擦的檢測