基于動力學指標的Delta高速并聯(lián)機械手集成優(yōu)化設計方法研究.pdf

1、本文密切結合新能源、食品醫(yī)藥、現(xiàn)代物流等領域自動化生產線高速輕載搬運作業(yè)需求，在國家863高技術研究發(fā)展計劃的資助下，研究基于動力學指標體系的Delta高速并聯(lián)機械手集成優(yōu)化設計方法，包括剛體動力學建模與動力尺度綜合，彈性動力學建模與動態(tài)優(yōu)化設計，運動規(guī)律優(yōu)選等，并結合一臺物理原型樣機開發(fā)，開展相關試驗研究，驗證所提出設計理論與方法的正確性和有效性。全文取得如下創(chuàng)造性成果：
　　 在集成優(yōu)化設計流程方面，提出一套按動態(tài)尺度綜合、

2、動態(tài)優(yōu)化設計和最優(yōu)軌跡規(guī)劃分層遞階格式實現(xiàn)多個變量的集成優(yōu)化設計方法，可同時保證系統(tǒng)的運動學、剛體動力學和彈性動力學性能。
　　 在動力尺度綜合方面，建立機械手運動學和剛體動力學模型，提出一種兼顧運動學和剛體動力學特性的動力尺度綜合方法，并在動力學評價指標、性能約束兩方面形成特色：
　　 (1)動力評價指標。構造具有簡約格式的混合動力學模型，定義了作用在單支鏈驅動關節(jié)上慣性項和速度項負載力矩的動力學評價指標，具有形式簡潔

3、，物理意義明確，可完整地揭示機構產生奇異位形的條件的特點。
　　 (2)性能約束?；谶\動學雅可比及其逆矩陣，定義了兩類空間傳動角，具有幾何意義直觀，物理意義明確，可定量地描述機構的運動與力傳遞特性的優(yōu)點。鑒于傳動角與機器人性能代數特征緊密聯(lián)系，可利用傳動角直觀描述機器人的運動學性能。
　　 在動態(tài)優(yōu)化設計方面，提出一種以子結構位移法為基礎的線彈性動力學建模方法，在保證模型精度的前提下，可大幅度提高求解效率。在此基礎上，

4、提出兩種兼顧低能耗和高動態(tài)特性的動態(tài)設計方法，通過揭示結構參數、性能指標和約束條件之間的影響規(guī)律，綜合出一組最優(yōu)結構參數。
　　 在運動規(guī)律優(yōu)選方面，提出一種以降低機械手殘余振動為目標的運動規(guī)律優(yōu)選方法，為機械手高速、高精度運行提供了重要保障。
　　 在綜合性能試驗方面，開展Delta機械手負載特性和動態(tài)特性試驗研究。試驗結果表明：該機械手負載特性和動態(tài)特性試驗值與理論計算值具有良好的一致性，進而驗證了剛體動力學和彈性動