本文選題：主動(dòng)過(guò)約束　切入點(diǎn)：并聯(lián)機(jī)構(gòu)　出處：《燕山大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：對(duì)于主動(dòng)過(guò)約束(冗余驅(qū)動(dòng))并聯(lián)機(jī)構(gòu)的理論研究與實(shí)驗(yàn)都是近年來(lái)的國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域中前沿的研究方向。與一般的并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比,主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的本質(zhì)特點(diǎn)在于其由于主動(dòng)過(guò)約束的存在,使得機(jī)構(gòu)在自由度不變化的同時(shí)系統(tǒng)能夠主動(dòng)的控制驅(qū)動(dòng)力/力矩的大小,因此主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性以及力學(xué)特性也就隨著發(fā)生變化。本文的研究工作旨在通過(guò)分析不同的主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能(運(yùn)動(dòng)學(xué)/力學(xué)性能)特點(diǎn)說(shuō)明主動(dòng)過(guò)約束力/力矩對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體性能的影響。首先對(duì)線矢力的各向同性條件進(jìn)行了深入研究,并且通過(guò)分析說(shuō)明了當(dāng)各線矢力均勻分布在錐頂角為109.472°的錐面上時(shí)恒滿足各向同性。此外,提出了一種通過(guò)考慮驅(qū)動(dòng)副布置的方法,并且結(jié)合各向同性線矢力的方法,提出了一種主動(dòng)過(guò)約束三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的型綜合方法。最后通過(guò)對(duì)一種典型的4-(?)RRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,說(shuō)明了該機(jī)構(gòu)在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠始終滿足其承載能力各向同性,并且從一定程度上驗(yàn)證了其構(gòu)型綜合理論的正確性�；诼菪碚摶ヒ追e原理建立了一般主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的全雅克比矩陣,其中包括機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)雅克比矩陣,約束雅克比矩陣以及主動(dòng)過(guò)約束雅克比矩陣,并且明確了全雅克比矩陣各行的物理意義。以5-U(?)S/(?)RPU主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)為例,建立了該機(jī)構(gòu)的工作空間與操作空間的速度映射關(guān)系;建立了4-PRRR主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模型,得到了其工作空間與操作空間的速度與加速度之間的映射關(guān)系,并且分析了其可達(dá)工作空間。利用全雅克比矩陣并結(jié)合偽逆法推導(dǎo)了彈性變形條件下的主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)全雅克比矩陣的加權(quán)廣義逆,從而得到了一般主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的內(nèi)力表達(dá)式。通過(guò)分解冪等矩陣,并結(jié)合線性代數(shù)的線性變換求解出該機(jī)構(gòu)中獨(dú)立的剛度可調(diào)系數(shù),并作為控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)剛度幅值的控制實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)各個(gè)分支內(nèi)力的大小。計(jì)算出7-S(?)S主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)與5-U(?)S/(?)RPU主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)各個(gè)分支的驅(qū)動(dòng)力與內(nèi)力幅值在對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)隨主動(dòng)過(guò)約束剛度變化的關(guān)系,并且得出結(jié)論:可以通過(guò)調(diào)整主動(dòng)過(guò)約束剛度的大小協(xié)調(diào)各個(gè)分支的內(nèi)力�；谘趴吮染仃囈约疤摴υ�,得到了一般主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度模型,該模型可以通過(guò)線性代數(shù)的方法分解成其不含有主動(dòng)過(guò)約束部分的剛度矩陣以及其對(duì)應(yīng)主動(dòng)過(guò)約束的剛度矩陣。以5-U(?)S/(?)RPU主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)床為例,通過(guò)考慮其各個(gè)驅(qū)動(dòng)分支傳動(dòng)部件的變形構(gòu)造了各個(gè)單分支沿軸向的剛度模型,并建立了該機(jī)床的整體剛度模型,并且通過(guò)比較其主動(dòng)過(guò)約束與非主動(dòng)過(guò)約束狀態(tài)下的剛度模型,說(shuō)明了主動(dòng)過(guò)約束剛度對(duì)機(jī)床整體剛度性能的影響。以5-U(?)S/(?)RPU主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)床作為算例,通過(guò)結(jié)合有限單元法的數(shù)值分析方法以及子結(jié)構(gòu)的思想推導(dǎo)了該機(jī)床的動(dòng)力學(xué)模型。首先將機(jī)床劃分為不同的子結(jié)構(gòu),并將其各個(gè)子結(jié)構(gòu)等效為空間梁?jiǎn)卧慕M合,建立空間梁?jiǎn)卧膭?dòng)力學(xué)模型;根據(jù)各個(gè)分支的結(jié)構(gòu)特征,將各個(gè)梁?jiǎn)卧M裝到一起,最后得到了該機(jī)床的整體彈性動(dòng)力學(xué)模型,并且分析了其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。對(duì)5-U(?)S/(?)RPU主動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析,并且針對(duì)機(jī)床的整體系統(tǒng)提出了一種柔性驅(qū)動(dòng)器;基于該柔性驅(qū)動(dòng)器,提出了一種回零策略;提出了一種力/位混合控制策略,最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH112

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本文編號(hào)：1638154