本文關(guān)鍵詞：繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)工作空間及運動控制分析

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【摘要】：繩索并聯(lián)機構(gòu)由繩索全部或部分地代替?zhèn)鹘y(tǒng)并聯(lián)機構(gòu)的連桿而構(gòu)成,其兼具并聯(lián)結(jié)構(gòu)和繩索驅(qū)動的優(yōu)點,具有高精度、高負載、輕量化及結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)的工作空間不再只由繩長決定,繩索驅(qū)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(gòu)的工作空間得到了限制。如果增加驅(qū)動繩索,由于驅(qū)動繩索數(shù)目越多,繩索并聯(lián)機構(gòu)的驅(qū)動控制就變得越復雜。如果在繩索并聯(lián)機構(gòu)中引入彈簧組成繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu),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(qū)動器與自由度數(shù)目相同的可控繩索彈簧機構(gòu),同時可以在不改變驅(qū)動繩索數(shù)目的情況下改善機構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能。因此有必要對繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)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(gòu)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(gòu)的剛度、繩索拉力分布的影響。同時對繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)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(gòu)的結(jié)構(gòu)模型,求解出繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)的力封閉工作空間,推導出機構(gòu)剛度表達式和繩索拉力表達式,并計算出機構(gòu)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(jié)構(gòu)剛度的影響,分別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(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計。(3)在繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)中引入被動導向偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)單元對可行工作空間工作性能的影響,通過對比加入被動導向偏轉(zhuǎn)單元對機構(gòu)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(shè)計出合理的被動導向偏轉(zhuǎn)單元的結(jié)構(gòu)。(4)據(jù)繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點,分別建立繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)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(gòu)重心未知、時變偏移時的動力學模型,設(shè)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)動平臺的期望運動狀態(tài),對繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)運動過程進行仿真計算,研究機構(gòu)在運動過程中的動態(tài)特性和穩(wěn)定性,并確定合理的控制方法。
【關(guān)鍵詞】：繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu) 工作空間分析 被動導向單元 動力學分析 魯棒控制
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH112
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符號對照表12-15
• 縮略語對照表15-19
• 第一章 緒論19-27
• 1.1 課題的研究背景及目的19-20
• 1.2 發(fā)展概況20-24
• 1.2.1 繩索驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)國外發(fā)展概況20-22
• 1.2.2 繩索驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)國內(nèi)發(fā)展概況22-24
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容24-27
• 第二章 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)工作空間分析27-33
• 2.1 引言27
• 2.2 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)力學模型建立27-29
• 2.2.1 結(jié)構(gòu)模型的建立27-28
• 2.2.2 靜力學平衡方程28-29
• 2.3 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)力封閉工作空間求解29-32
• 2.3.1 3自由度4根繩索驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)29-31
• 2.3.2 3自由度4根繩索2根彈簧并聯(lián)機構(gòu)31-32
• 2.4 小結(jié)32-33
• 第三章 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)可行工作空間分析及優(yōu)化33-57
• 3.1 引言33
• 3.2 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)剛度分析33-39
• 3.2.1 總剛度分析33-34
• 3.2.2 主動剛度分析34-36
• 3.2.3 繩索拉力求解36-38
• 3.2.4 系統(tǒng)剛度仿真計算38-39
• 3.3 彈簧參數(shù)對繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)繩索拉力分布指數(shù)的影響39-44
• 3.3.1 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)繩索拉力分布指數(shù)定義39-42
• 3.3.2 彈簧固定鉸接點位置對繩索拉力分布指數(shù)的影響42-43
• 3.3.3 彈簧初始長度對繩索拉力分布指數(shù)的影響43-44
• 3.3.4 彈簧剛度系數(shù)對繩索拉力分布指數(shù)的影響44
• 3.4 彈簧參數(shù)對繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)剛度分布指數(shù)的影響44-49
• 3.4.1 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)剛度分布指數(shù)定義44-47
• 3.4.2 彈簧固定鉸接點位置對剛度分布指數(shù)的影響47-48
• 3.4.3 彈簧初始長度對剛度分布指數(shù)的影響48
• 3.4.4 彈簧剛度系數(shù)對剛度分布指數(shù)的影響48-49
• 3.5 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)可行工作空間求解49-51
• 3.6 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計51-55
• 3.6.1 優(yōu)化算法51-52
• 3.6.2 采用遺傳算法對繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化52-55
• 3.7 小結(jié)55-57
• 第四章 帶被動導向單元繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)57-65
• 4.1 引言57
• 4.2 被動導向單元設(shè)計及工作空間求解57-61
• 4.3 被動導向單元結(jié)構(gòu)優(yōu)化61-63
• 4.4 小結(jié)63-65
• 第五章 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)動力學建模65-71
• 5.1 引言65
• 5.2 不考慮重心偏移情況下繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)動力學建模65-67
• 5.2.1 理想情況下繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)動力學模型65-66
• 5.2.2 考慮負載質(zhì)量情況下繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)動力學模型66-67
• 5.3 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)不確定性67
• 5.4 考慮重心偏移情況下繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)動力學模型67-69
• 5.5 小結(jié)69-71
• 第六章 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)重心未知、時變偏移時運動控制71-85
• 6.1 引言71
• 6.2 常規(guī)PD控制下繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)運動控制71-72
• 6.3 針對繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)的魯棒補償控制器設(shè)計72-76
• 6.3.1 問題描述72-73
• 6.3.2 繩索彈簧并聯(lián)機構(gòu)魯棒補償控制律推導73-75
• 6.3.3 穩(wěn)定性分析75-76
• 6.4 仿真研究76-84
• 6.4.1 直線軌道跟蹤76-78
• 6.4.2 矩形軌道跟蹤78-80
• 6.4.3 圓形軌道跟蹤80-82
• 6.4.4 星形軌道跟蹤82-84
• 6.5 小結(jié)84-85
• 第七章 總結(jié)與展望85-89
• 7.1 總結(jié)85-86
• 7.2 展望86-89
• 參考文獻89-93
• 致謝93-95
• 作者簡介95-96

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本文編號：684544