重載冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)在剛度、承載力、動(dòng)態(tài)性等方面都具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)模擬、并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)械、操作器、微動(dòng)機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ⒙?lián)機(jī)構(gòu)的特性有不同的需求，當(dāng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)模擬器的運(yùn)動(dòng)輸出部分時(shí)，往往需要承擔(dān)很大的載荷，特別是在艦船模擬器、裝甲車輛模擬器等一些大型設(shè)備的應(yīng)用當(dāng)中負(fù)載要求更為突出。因此，對(duì)如何提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的承載能力和驅(qū)動(dòng)性能進(jìn)行研究，對(duì)推動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)模擬器行業(yè)的發(fā)展有著重要意義。本文提出了一種電動(dòng)冗余六自由度并聯(lián)

2、機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在提升系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能力的同時(shí)，又可避免液壓驅(qū)動(dòng)成本高、維護(hù)復(fù)雜的缺點(diǎn)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　提出了一種由六條電動(dòng)支腿和三條氣動(dòng)冗余支腿共同作用的冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中電動(dòng)支腿為主動(dòng)腿用于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的各種運(yùn)動(dòng)，氣動(dòng)支腿為輔助腿以幫助電動(dòng)支腿平衡平臺(tái)及負(fù)載的重力作用。在沒有冗余支撐時(shí)，重力做的功要由主動(dòng)支腿來提供，有了冗余支撐后，由于冗余支撐是氣彈簧，重力做的功與氣彈簧的勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)換，可減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)的耗能。

3、>　　對(duì)本文提出的冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，采用牛頓—?dú)W拉法得出了冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程。為了更好地提高系統(tǒng)性能，減小系統(tǒng)內(nèi)部能量損耗，本文以降低主動(dòng)支腿驅(qū)動(dòng)力峰值為優(yōu)化目標(biāo)，冗余支腿上鉸點(diǎn)圓周半徑和冗余驅(qū)動(dòng)力為變量，針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的6種單自由度運(yùn)動(dòng)情況、11種雙自由度運(yùn)動(dòng)情況及兩種典型運(yùn)動(dòng)工況進(jìn)行了優(yōu)化仿真，分析了主動(dòng)支腿峰值力的變化情況。仿真結(jié)果顯示，在冗余支腿輸出推力為恒力的情況下，通過選取合適的上鉸點(diǎn)圓周半徑

4、和冗余驅(qū)動(dòng)力，可以有效的降低主動(dòng)支腿驅(qū)動(dòng)力的峰值。確定了冗余支腿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)位置及其出力范圍。為了驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的可行性，本文利用Matlab下的SimMechanics工具箱建立了冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的仿真模型，對(duì)單自由度、雙自由度等運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了優(yōu)化結(jié)果的驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明不同的運(yùn)動(dòng)情況下峰值力均有不同程度的降低，其降低幅度最小為17.2％，最大至57.63%。
　　本文采用模糊 PID的控制方法實(shí)現(xiàn)了冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制，以Sim