重載冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)在剛度、承載力、動態(tài)性等方面都具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動模擬、并聯(lián)運(yùn)動機(jī)械、操作器、微動機(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)動模擬器的運(yùn)動輸出部分時，往往需要承擔(dān)很大的載荷，特別是在艦船模擬器、裝甲車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，對如何提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的承載能力和驅(qū)動性能進(jìn)行研究，對推動并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動模擬器行業(yè)的發(fā)展有著重要意義。本文提出了一種電動冗余六自由度并聯(lián)

2、機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，在提升系統(tǒng)驅(qū)動能力的同時，又可避免液壓驅(qū)動成本高、維護(hù)復(fù)雜的缺點(diǎn)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　提出了一種由六條電動支腿和三條氣動冗余支腿共同作用的冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中電動支腿為主動腿用于實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的各種運(yùn)動，氣動支腿為輔助腿以幫助電動支腿平衡平臺及負(fù)載的重力作用。在沒有冗余支撐時，重力做的功要由主動支腿來提供，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能之間相互轉(zhuǎn)換，可減小驅(qū)動電機(jī)的耗能。

3、>　　對本文提出的冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)和動力學(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，本文以降低主動支腿驅(qū)動力峰值為優(yōu)化目標(biāo)，冗余支腿上鉸點(diǎn)圓周半徑和冗余驅(qū)動力為變量，針對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的6種單自由度運(yùn)動情況、11種雙自由度運(yùn)動情況及兩種典型運(yùn)動工況進(jìn)行了優(yōu)化仿真，分析了主動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，通過選取合適的上鉸點(diǎn)圓周半徑

4、和冗余驅(qū)動力，可以有效的降低主動支腿驅(qū)動力的峰值。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，對單自由度、雙自由度等運(yùn)動情況進(jìn)行了優(yōu)化結(jié)果的驗證，仿真結(jié)果表明不同的運(yùn)動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的控制方法實現(xiàn)了冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制，以Sim