【摘要】：課題“繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)若干關(guān)鍵理論問題及其在風(fēng)洞支撐系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”是在總結(jié)繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究概況的基礎(chǔ)上,在不考慮現(xiàn)有技術(shù)限制的條件下,對從該類型機(jī)構(gòu)自身概念所引出的一些全新理論問題進(jìn)行研究,并剖析風(fēng)洞繩牽引并聯(lián)支撐系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及研究其設(shè)計方法,其目的在于在繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作空間、優(yōu)化拉力分布、靜剛度和運(yùn)動學(xué)等方面做一些開拓性和奠基性的基礎(chǔ)理論研究工作,介紹風(fēng)洞繩牽引并聯(lián)支撐系統(tǒng)的設(shè)計與控制等新技術(shù)。 首先,建立并分析作為具有完整約束的繩牽引串/并聯(lián)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的約束方程,并用其偏微分形式分析了機(jī)構(gòu)在驅(qū)動器空間、約束空間、末端執(zhí)行器空間的運(yùn)動關(guān)系�；诖�,將末端執(zhí)行器的自由度數(shù)定義為從繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)基于動態(tài)靜力分析的力學(xué)平衡方程推導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)矩陣J~T的所有列矢量正張成的空間R~n的維數(shù)n,闡明機(jī)構(gòu)在所有位姿處可能存在的末端執(zhí)行器自由度的組合。另一方面,本文從繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)與多指手抓取之間潛在的連接關(guān)系出發(fā),研究繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)與等價的無摩擦點接觸抓取模型在結(jié)構(gòu)上的相關(guān)性與力傳遞的相似性,并利用這種相似性探討力封閉抓取規(guī)劃與繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器的自由度數(shù)的關(guān)系。 接著,用動平臺在某一位姿處是否可控來界定可控工作空間的含義,根據(jù)動平臺力螺旋的性質(zhì)將可控工作空間分成力封閉工作空間、考慮重力的靜力學(xué)平衡工作空間和動力學(xué)平衡工作空間3類,并系統(tǒng)研究每一類型的分析方法,從而得到確定力封閉工作空間及其邊界的一些重要結(jié)論及定理。另外,研究CRPMs基于力傳遞性能系數(shù)的可控工作空間的分析方法。從繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異類型為過運(yùn)動性這一事實出發(fā)研究發(fā)現(xiàn),奇異性是由于動平臺的力螺旋失效(即動平臺的力螺旋集合的維數(shù)降秩)造成的,
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：TH112
【圖文】：

會產(chǎn)生一定的彎曲，在自動或精細(xì)操作中會引起大幅度振動，如圖1.1所示。當(dāng)然這些問題可控制在一定程度之內(nèi)5]l，但需要消耗更多能量和運(yùn)用更高的控制技術(shù)。相比較而言，圖1.2所示的繩牽引串聯(lián)機(jī)器人由于驅(qū)動器是固定的，其機(jī)械效率比桿支撐串聯(lián)機(jī)器人高很多，功率/重量比也很高。但在三維運(yùn)動中，繩與滑輪的直叢絲斂(pointdejoint)連接方式卻很難實現(xiàn)。這種機(jī)構(gòu)在實際應(yīng)用中僅限于平面系統(tǒng)的操作，比如起重操作。在幾百萬年前人類就采用類似圖1.3所示的起重機(jī)(載荷由單根繩牽引)。因為承受載荷的滑輪自身必須至少沿1或2個方向進(jìn)行平動，所以繩牽引串聯(lián)起重機(jī)經(jīng)常與一個2自由度的串聯(lián)子機(jī)構(gòu)串在一起使用11’]。由于末端執(zhí)行器是運(yùn)立蘭久蘭重(kinematieallyunder一eonstrained)的，建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時需要預(yù)測串聯(lián)子系統(tǒng)顯互(swya)模型以便進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，控制時需采用復(fù)雜的傳感技術(shù)，因此起重機(jī)要實現(xiàn)?

圖1.1:大型桿支撐串聯(lián)操作機(jī)3圖1.2:繩牽引串聯(lián)機(jī)構(gòu)礴圖1，3:起重機(jī)，在串聯(lián)機(jī)器人發(fā)展方興未艾時，Hunt于1978年提出，可以應(yīng)用6自由度的stewart平臺機(jī)構(gòu)(如圖1.4所示)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)[2]。從20世紀(jì)80年代末起，特別是20世紀(jì)90年代以來，并聯(lián)機(jī)器人被廣為注意，并成為近20年來機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域新的研究熱點。典型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)(setwart平臺機(jī)構(gòu))是由6根支桿將上下兩平臺聯(lián)接而成的，每根支桿都可以獨(dú)立地自由伸縮，并通過球鉸和虎克鉸與上下平臺連接，這樣上平臺或下平臺就可進(jìn)行6個自由度的獨(dú)立運(yùn)動。因為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的每個驅(qū)動關(guān)節(jié)只需承受部分的載荷，所以它能承受高的載荷且機(jī)械效率很高。又因為末端執(zhí)行器的運(yùn)動比驅(qū)動關(guān)節(jié)慢，所以需采用合適的驅(qū)動技術(shù)才能實現(xiàn)高速運(yùn)動，[26]。因為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)位置正解問題可達(dá)40個，而且一般無封閉解，無法進(jìn)行實時計算

工業(yè)中得到應(yīng)用，但初始的樂觀被打擊了。圖1.4:setwart平臺并聯(lián)機(jī)構(gòu)6繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)(如圖1.5(a)、(b)所示)是本文的研究對象。這種機(jī)構(gòu)的邊王宣(movnigPlatofrm)用若干根繩向外牽引，每根繩的一端與動平臺以點狀鉸鏈的形式連接，另一端以點狀鉸鏈的形式與固定在機(jī)架上的滑輪(有的地方稱“絞盤”，下同)相連7。Dgaalkasi于1989年首次提出如圖1.5()a所示的這種構(gòu)型的繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)181。繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)繼承桿支撐串、并聯(lián)機(jī)構(gòu)和繩牽引串聯(lián)機(jī)構(gòu)的一些優(yōu)點:繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器是固定的，它的機(jī)械效率很高:有效載荷可以分布在多個驅(qū)動器之間，適合于提升非常重的載荷(如起重機(jī))，且能達(dá)到非常高的加速度和速度(AFLCON一7機(jī)器人的末端執(zhí)行器的速度可達(dá)13m/s，加速度可達(dá)4398[9]);機(jī)構(gòu)的尺寸可以是非常大的(如skyeamTM可達(dá)100米)l’0]

【引證文獻(xiàn)】

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1 屈林;唐曉強(qiáng);姚蕊;陳旭;;40米口徑射電望遠(yuǎn)鏡索支撐系統(tǒng)誤差分析與補(bǔ)償[J];高技術(shù)通訊;2010年03期

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3 張立勛;鄒宇鵬;;宇航員訓(xùn)練機(jī)器人臥推模式建模與控制[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報;2011年09期

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7 胡龍;鄭亞青;林麒;劉雄偉;;低速風(fēng)洞繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析[J];華僑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年02期

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3 劉欣;兩種并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)性能分析與運(yùn)動控制研究[D];西安電子科技大學(xué);2009年

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2 耿永鋒;用于集裝箱吊裝的繩牽引并聯(lián)起重設(shè)備的研究[D];上海海事大學(xué);2007年

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本文編號：2749893