基于動力學(xué)指標的Delta高速并聯(lián)機械手集成優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、本文密切結(jié)合新能源、食品醫(yī)藥、現(xiàn)代物流等領(lǐng)域自動化生產(chǎn)線高速輕載搬運作業(yè)需求，在國家863高技術(shù)研究發(fā)展計劃的資助下，研究基于動力學(xué)指標體系的Delta高速并聯(lián)機械手集成優(yōu)化設(shè)計方法，包括剛體動力學(xué)建模與動力尺度綜合，彈性動力學(xué)建模與動態(tài)優(yōu)化設(shè)計，運動規(guī)律優(yōu)選等，并結(jié)合一臺物理原型樣機開發(fā)，開展相關(guān)試驗研究，驗證所提出設(shè)計理論與方法的正確性和有效性。全文取得如下創(chuàng)造性成果：
　　 在集成優(yōu)化設(shè)計流程方面，提出一套按動態(tài)尺度綜合、

2、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計和最優(yōu)軌跡規(guī)劃分層遞階格式實現(xiàn)多個變量的集成優(yōu)化設(shè)計方法，可同時保證系統(tǒng)的運動學(xué)、剛體動力學(xué)和彈性動力學(xué)性能。
　　 在動力尺度綜合方面，建立機械手運動學(xué)和剛體動力學(xué)模型，提出一種兼顧運動學(xué)和剛體動力學(xué)特性的動力尺度綜合方法，并在動力學(xué)評價指標、性能約束兩方面形成特色：
　　 (1)動力評價指標。構(gòu)造具有簡約格式的混合動力學(xué)模型，定義了作用在單支鏈驅(qū)動關(guān)節(jié)上慣性項和速度項負載力矩的動力學(xué)評價指標，具有形式簡潔

3、，物理意義明確，可完整地揭示機構(gòu)產(chǎn)生奇異位形的條件的特點。
　　 (2)性能約束?；谶\動學(xué)雅可比及其逆矩陣，定義了兩類空間傳動角，具有幾何意義直觀，物理意義明確，可定量地描述機構(gòu)的運動與力傳遞特性的優(yōu)點。鑒于傳動角與機器人性能代數(shù)特征緊密聯(lián)系，可利用傳動角直觀描述機器人的運動學(xué)性能。
　　 在動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方面，提出一種以子結(jié)構(gòu)位移法為基礎(chǔ)的線彈性動力學(xué)建模方法，在保證模型精度的前提下，可大幅度提高求解效率。在此基礎(chǔ)上，

4、提出兩種兼顧低能耗和高動態(tài)特性的動態(tài)設(shè)計方法，通過揭示結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能指標和約束條件之間的影響規(guī)律，綜合出一組最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 在運動規(guī)律優(yōu)選方面，提出一種以降低機械手殘余振動為目標的運動規(guī)律優(yōu)選方法，為機械手高速、高精度運行提供了重要保障。
　　 在綜合性能試驗方面，開展Delta機械手負載特性和動態(tài)特性試驗研究。試驗結(jié)果表明：該機械手負載特性和動態(tài)特性試驗值與理論計算值具有良好的一致性，進而驗證了剛體動力學(xué)和彈性動