發(fā)布時(shí)間：2017-06-01 16:01

  本文關(guān)鍵詞：重載冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：并聯(lián)機(jī)構(gòu)在剛度、承載力、動(dòng)態(tài)性等方面都具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)模擬、并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)械、操作器、微動(dòng)機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ⒙?lián)機(jī)構(gòu)的特性有不同的需求，當(dāng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)模擬器的運(yùn)動(dòng)輸出部分時(shí)，往往需要承擔(dān)很大的載荷，特別是在艦船模擬器、裝甲車(chē)輛模擬器等一些大型設(shè)備的應(yīng)用當(dāng)中負(fù)載要求更為突出。因此，對(duì)如何提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的承載能力和驅(qū)動(dòng)性能進(jìn)行研究，對(duì)推動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)模擬器行業(yè)的發(fā)展有著重要意義。本文提出了一種電動(dòng)冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在提升系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能力的同時(shí)，又可避免液壓驅(qū)動(dòng)成本高、維護(hù)復(fù)雜的缺點(diǎn)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下： 提出了一種由六條電動(dòng)支腿和三條氣動(dòng)冗余支腿共同作用的冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中電動(dòng)支腿為主動(dòng)腿用于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的各種運(yùn)動(dòng)，氣動(dòng)支腿為輔助腿以幫助電動(dòng)支腿平衡平臺(tái)及負(fù)載的重力作用。在沒(méi)有冗余支撐時(shí)，重力做的功要由主動(dòng)支腿來(lái)提供，有了冗余支撐后，由于冗余支撐是氣彈簧，重力做的功與氣彈簧的勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)換，可減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)的耗能。 對(duì)本文提出的冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，采用牛頓—?dú)W拉法得出了冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程。為了更好地提高系統(tǒng)性能，減小系統(tǒng)內(nèi)部能量損耗，本文以降低主動(dòng)支腿驅(qū)動(dòng)力峰值為優(yōu)化目標(biāo)，冗余支腿上鉸點(diǎn)圓周半徑和冗余驅(qū)動(dòng)力為變量，針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的6種單自由度運(yùn)動(dòng)情況、11種雙自由度運(yùn)動(dòng)情況及兩種典型運(yùn)動(dòng)工況進(jìn)行了優(yōu)化仿真，分析了主動(dòng)支腿峰值力的變化情況。仿真結(jié)果顯示，在冗余支腿輸出推力為恒力的情況下，通過(guò)選取合適的上鉸點(diǎn)圓周半徑和冗余驅(qū)動(dòng)力，可以有效的降低主動(dòng)支腿驅(qū)動(dòng)力的峰值。確定了冗余支腿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)位置及其出力范圍。為了驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的可行性，本文利用Matlab下的SimMechanics工具箱建立了冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的仿真模型，對(duì)單自由度、雙自由度等運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了優(yōu)化結(jié)果的驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明不同的運(yùn)動(dòng)情況下峰值力均有不同程度的降低，其降低幅度最小為17.2%，最大至57.63%。 本文采用模糊PID的控制方法實(shí)現(xiàn)了冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制，以SimMechanics模型為控制對(duì)象搭建了控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的正弦跟蹤特性及階躍響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明模糊PID的控制方法應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制過(guò)程中可取得比較理想的效果。
【關(guān)鍵詞】：冗余驅(qū)動(dòng) 動(dòng)力學(xué)建模 模糊PID控制 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH112
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題來(lái)源與研究意義10
• 1.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)概述10-17
• 1.2.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展10-13
• 1.2.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)13-14
• 1.2.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用14-17
• 1.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析18
• 1.3.2 控制策略18-20
• 1.3.3 冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究20-21
• 1.4 本文所做的主要工作21-22
• 第二章 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及坐標(biāo)系建立22-24
• 2.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)反解24-26
• 2.4 動(dòng)力學(xué)分析26-28
• 2.5 動(dòng)力學(xué)仿真28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 位置優(yōu)化與驅(qū)動(dòng)優(yōu)化31-53
• 3.1 引言31
• 3.2 電動(dòng)支腿與冗余支腿驅(qū)動(dòng)原理31-32
• 3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)變量32-33
• 3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)33
• 3.5 位置與驅(qū)動(dòng)優(yōu)化33-42
• 3.5.1 單自由度運(yùn)動(dòng)優(yōu)化仿真33-36
• 3.5.2 兩自由度運(yùn)動(dòng)優(yōu)化仿真36-41
• 3.5.3 典型運(yùn)動(dòng)工況優(yōu)化仿真41-42
• 3.6 仿真結(jié)果分析42-43
• 3.7 優(yōu)化仿真與對(duì)比分析43-52
• 3.8 本章小結(jié)52-53
• 第四章 控制策略研究53-62
• 4.1 引言53
• 4.2 模糊 PID 控制理論53-57
• 4.2.1 常規(guī) PID 控制算法53-54
• 4.2.2 模糊 PID 控制算法54-56
• 4.2.3 模糊 PID 控制器設(shè)計(jì)56-57
• 4.3 仿真分析57-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 結(jié)論62-64
• 5.1 本文的主要貢獻(xiàn)62
• 5.2 下一步工作的展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-70
• 碩士期間取得的研究成果70-71

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：重載冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：412931