繩索彈簧并聯(lián)機構工作空間及運動控制分析.pdf

1、繩索并聯(lián)機構由繩索全部或部分地代替?zhèn)鹘y(tǒng)并聯(lián)機構的連桿而構成，其兼具并聯(lián)結構和繩索驅動的優(yōu)點，具有高精度、高負載、輕量化及結構緊湊等特點，并且可以實現(xiàn)高速作業(yè)。但由于繩索只能承受拉力而不能承受壓力，故對繩索并聯(lián)機構分析時，必須同時考慮運動和受力兩方面的約束，繩索并聯(lián)機構的工作空間不再只由繩長決定，繩索驅動的過程中還要同時保證每根繩索都保持張緊狀態(tài)，所以在繩索長度確定的空間內(nèi)的位姿點并不都能滿足繩索拉緊狀態(tài)，因此繩索并聯(lián)機構的工作空間得到了

2、限制。如果增加驅動繩索，由于驅動繩索數(shù)目越多，繩索并聯(lián)機構的驅動控制就變得越復雜。如果在繩索并聯(lián)機構中引入彈簧組成繩索彈簧并聯(lián)機構，并選擇合適的彈簧參數(shù)和彈簧固定鉸接點位置，不僅可以實現(xiàn)繩索驅動器與自由度數(shù)目相同的可控繩索彈簧機構，同時可以在不改變驅動繩索數(shù)目的情況下改善機構的結構性能。因此有必要對繩索彈簧并聯(lián)機構的剛度和穩(wěn)定性進行分析和研究。
　　本論文從繩索彈簧并聯(lián)機構的工作性能出發(fā)，著重研究彈簧的各項參數(shù)對繩索彈簧并聯(lián)機構的

3、剛度、繩索拉力分布的影響。同時對繩索彈簧并聯(lián)機構在重心偏移情況下進行運動控制分析。本課題主要完成以下幾方面的工作：
　　(1)建立繩索彈簧并聯(lián)機構的結構模型，求解出繩索彈簧并聯(lián)機構的力封閉工作空間，推導出機構剛度表達式和繩索拉力表達式，并計算出機構在所求的力封閉工作空間內(nèi)的剛度分布以及在力封閉工作空間內(nèi)各位姿點上繩索的拉力。
　　(2)分析了彈簧固定鉸接點位置、初始長度和剛度系數(shù)等彈簧參數(shù)對繩索拉力分布和結構剛度的影響，分別

4、定義了繩索拉力分布指數(shù)和剛度分布指數(shù)，并將其作為評價工作空間性能的指標，將滿足繩索拉力分布指數(shù)或剛度分布指數(shù)要求的位姿點組成的工作空間定義成可行工作空間。以同時滿足繩索拉力分布指數(shù)或剛度分布指數(shù)要求的可行工作空間最大化為目標，利用遺傳算法對繩索彈簧機構進行結構設計與優(yōu)化設計。
　　(3)在繩索彈簧并聯(lián)機構中引入被動導向偏轉單元，即用沿直線軌道運動的滑塊代替彈簧支鏈的固定鉸接點，每個滑塊再通過兩根彈簧連接。研究被動導向偏轉單元對可行

5、工作空間工作性能的影響，通過對比加入被動導向偏轉單元對機構的工作空間、剛度分布情況及繩索彈簧拉力分布情況等特性的影響，設計出合理的被動導向偏轉單元的結構。
　　(4)據(jù)繩索彈簧并聯(lián)機構的結構特點，分別建立繩索彈簧并聯(lián)機構在理想情況下的動力學模型和考慮動平臺重力、重心變化時的動力學模型。針對考慮繩索彈簧并聯(lián)機構重心未知、時變偏移時的動力學模型，設計出一種滿足H∞跟蹤性能的魯棒補償控制器，并建立這種魯棒補償控制下的運動控制模型，根據(jù)動