本文關(guān)鍵詞：閉環(huán)雙輸入并聯(lián)調(diào)姿隔振平臺機構(gòu)學(xué)理論研究　出處：《燕山大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：面向精密載體設(shè)備對穩(wěn)定工作環(huán)境的需求,提出以閉環(huán)雙輸入冗余自由度并聯(lián)機構(gòu)作為調(diào)姿隔振平臺的構(gòu)想,利用機構(gòu)的冗余自由度實現(xiàn)調(diào)姿與隔振的分離補償,通過并聯(lián)機構(gòu)傳動實現(xiàn)調(diào)姿與隔振同步混合輸出;采用局部閉環(huán)機構(gòu)作為分支輸入單元以改善驅(qū)動性能。本文綜合了一類適用于調(diào)姿隔振平臺的新構(gòu)型,并開展此類新機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)基礎(chǔ)理論研究,主要研究內(nèi)容如下:分析不同驅(qū)動方式實現(xiàn)同一混合運動的驅(qū)動特性。基于平面閉環(huán)機構(gòu)綜合雙輸入及多輸入驅(qū)動單元,構(gòu)造不同約束形式含多輸入單元的串聯(lián)運動鏈;基于約束螺旋理論型綜合的一般方法,面向調(diào)姿隔振應(yīng)用進行閉環(huán)多輸入冗余自由度并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型綜合;分析機構(gòu)自由度的連續(xù)性以及輸入選取的合理性。對含有子閉環(huán)的機構(gòu)形式進行判定,并給出判別方法;提出了子廣義坐標(biāo)的概念,將閉環(huán)機構(gòu)輸出桿的運動表示成關(guān)于子廣義坐標(biāo)的廣義旋量形式,基于旋量代數(shù)體系的剛體運動學(xué)理論,研究冗余自由度和非冗余自由度含子閉環(huán)的并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)建模方法,推導(dǎo)機構(gòu)各構(gòu)件對廣義坐標(biāo)的影響系數(shù),解決了一類分支含子閉環(huán)的并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)建模問題,并將此類機構(gòu)的建模過程統(tǒng)一到基于旋量代數(shù)的運動學(xué)建模理論之中。推導(dǎo)了單剛體在物體坐標(biāo)系和空間坐標(biāo)系下以6維旋量表示的的牛頓-歐拉公式�；谔摴β试砗蛦蝿傮w牛頓-歐拉公式的旋量表達,并結(jié)合以子廣義坐標(biāo)和廣義旋量表示的含子閉環(huán)并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)模型,建立此類并聯(lián)機構(gòu)在關(guān)節(jié)空間和操作空間的動力學(xué)一般公式。以6-(PRRR)US和5-UPS/(RPRRR)RS兩種含子閉環(huán)的并聯(lián)構(gòu)型為數(shù)值算例,進行理論計算,通過仿真驗證了理論模型的正確性。定義了多項閉環(huán)雙輸入冗余自由度機構(gòu)評價指標(biāo);以3-(RRPRP)-(4S)并聯(lián)機構(gòu)為具體實例,分別進行針對機構(gòu)單性能指標(biāo)的單參數(shù)尺度綜合和單目標(biāo)多參數(shù)尺度綜合;綜合考慮機構(gòu)各項性能指標(biāo),分別進行調(diào)姿輸入、隔振輸入和調(diào)姿隔振混合輸入下的多目標(biāo)尺度綜合,獲取各種輸入情況機構(gòu)尺寸參數(shù)的Pareto最優(yōu)解集。根據(jù)調(diào)姿隔振平臺混合運動特點,研究冗余自由度閉環(huán)雙輸入機構(gòu)輸入求解方法;以6-(PRRPR)US機構(gòu)為例,基于局部閉環(huán)的運動規(guī)律設(shè)計逐次逼近法,解決了此類機構(gòu)反解時閉環(huán)輸入單元的局部正解問題。根據(jù)調(diào)姿隔振應(yīng)用情況,制定輸入分配策略;面向車載設(shè)備穩(wěn)定以及衛(wèi)星觀測相機精確指向,基于雙輸入求解方法與分配策略開展虛擬樣機聯(lián)合仿真,初步驗證閉環(huán)雙輸入冗余自由度并聯(lián)機構(gòu)作為調(diào)姿隔振平臺的可行性,并檢驗了輸入算法與分配策略的正確性。最后加工制造實物樣機,并開展各種形式的運動實驗,進一步驗證樣機調(diào)姿隔振混合運動輸出能力以及理論求解方法。通過對閉環(huán)雙輸入冗余自由度并聯(lián)調(diào)姿隔振平臺的研究,明確了此類機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)本質(zhì)特征;給出雙輸入?yún)f(xié)調(diào)匹配工作的具體方法,并證明其在調(diào)姿隔振應(yīng)用上的可行性;同時研究過程中對機構(gòu)分析的一些優(yōu)化與仿真手段,可以作為分析同類機構(gòu)的參考途徑。
[Abstract]:For stable working environment the demand of precision carrier equipment, put forward the idea to double closed loop input redundant parallel mechanism for adjusting the vibration isolation platform, using the mechanism of redundant degrees of freedom posture alignment and isolation of the separation of compensation, through the parallel mechanism driving posture alignment and isolation hybrid synchronization output; the local loop mechanism as a branch of input unit to improve the driving performance. In this paper, a new configuration suitable for the platform of vibration control and vibration isolation is synthesized, and the basic theory research of kinematics and dynamics of such new mechanism is carried out. The main research contents are as follows: the driving characteristics of different driving modes to achieve the same hybrid motion are analyzed. The plane closed loop mechanism with two input and multi input drive unit based on the structure of different constraint forms containing multiple input serial kinematic chain unit; the general method of constraint screw theory based on type synthesis, for adjusting vibration application of closed-loop multi input redundant parallel mechanism configuration synthesis; analysis of the degrees of freedom and continuity the rationality of input selection. To form closed loop mechanism with sub judgment, and identify methods; put forward the concept of generalized coordinates, the closed loop output link motion into generalized spinor form on sub generalized coordinates, the rigid body kinematics theory of spinor algebra system based on the research of redundant and non redundant degrees of freedom including the son loop parallel mechanism kinematics modeling method of each component is impact of institutions on the generalized coordinate coefficient, solves the problem of parallel mechanism kinematics modeling of a branch containing sub loop, and the kinematic modeling theory of such institutions to unified modeling process based on spinor algebra. The Newton Euler formula is derived for the single rigid body in the object coordinate system and the space coordinate system, which is expressed in 6 dimensional rotation. Based on the virtual power principle and the expression of the rotation of the single rigid body Newton Euler formula, combined with the kinematic model of the sub closed loop parallel mechanism represented by the sub generalized coordinates and Guang Yixuan quantities, a general dynamic formula for such parallel mechanisms in the joint space and operation space is established. The theoretical calculation is carried out with two subclosed loops of 6- (PRRR) US and 5-UPS/ (RPRRR) RS as numerical examples, and the correctness of the theoretical model is verified by simulation. The evaluation indexes of closed-loop dual input redundancy mechanism definition; with 3- (RRPRP) - (4S) parallel mechanism as an example, respectively according to mechanism of single performance index of single parameter and multi parameter comprehensive scale single target scale synthesis; considering the mechanism of the performance index, respectively, adjusting input, integrated vibration vibration input and adjusting vibration multi target scale vibration mixed input, to obtain the Pareto optimal solution set size parameters of different kinds of input mechanism. According to the attitude control of hybrid vibration isolation platform motion characteristics, solution of redundant double closed loop input mechanism inputs; 6- (PRRPR) US mechanism as an example, the motion law of successive approximation method of local loop design based on solving local institutions such inverse closed-loop input unit positive solutions. According to the attitude control of vibration isolation applications, making the input allocation strategy for vehicle stability and equipment; satellite camera pointing to the double input, calculation and allocation strategy to carry out joint simulation based on virtual prototype, verify the closed-loop dual input redundant parallel mechanism for adjusting the feasibility of vibration isolation platform, and verified by the input and allocation algorithm. Finally, the physical prototype is manufactured, and various forms of motion experiments are carried out to further verify the output capability and the theoretical solution of the prototype's attitude adjustment, vibration isolation and hybrid motion. Through the research on the closed loop and double input redundancy adjusting parallel vibration isolation platform, clear of such kinematic and dynamic characteristics; specific methods of job matching are two input coordinate, and prove its feasibility in adjusting vibration vibration on the application; at the same time some research on Optimization and simulation means of analysis on the mechanism in the process of the approach can be used for the analysis of similar institutions.
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH112;TB535.1

【參考文獻】

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本文編號：1339706