重載冗余六自由度并聯(lián)機構優(yōu)化設計.pdf

1、并聯(lián)機構在剛度、承載力、動態(tài)性等方面都具有很強的優(yōu)勢，被廣泛應用于運動模擬、并聯(lián)運動機械、操作器、微動機構等領域。在不同的應用領域對并聯(lián)機構的特性有不同的需求，當并聯(lián)機構作為運動模擬器的運動輸出部分時，往往需要承擔很大的載荷，特別是在艦船模擬器、裝甲車輛模擬器等一些大型設備的應用當中負載要求更為突出。因此，對如何提高并聯(lián)機構的承載能力和驅動性能進行研究，對推動并聯(lián)機構在運動模擬器行業(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、機構的優(yōu)化設計方法，在提升系統(tǒng)驅動能力的同時，又可避免液壓驅動成本高、維護復雜的缺點。主要研究內容和結果如下：
　　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)機構，其中電動支腿為主動腿用于實現(xiàn)機構的各種運動，氣動支腿為輔助腿以幫助電動支腿平衡平臺及負載的重力作用。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換，可減小驅動電機的耗能。

3、>　　對本文提出的冗余六自由度并聯(lián)機構進行了運動學和動力學分析，采用牛頓—歐拉法得出了冗余并聯(lián)機構的動力學方程。為了更好地提高系統(tǒng)性能，減小系統(tǒng)內部能量損耗，本文以降低主動支腿驅動力峰值為優(yōu)化目標，冗余支腿上鉸點圓周半徑和冗余驅動力為變量，針對并聯(lián)機構的6種單自由度運動情況、11種雙自由度運動情況及兩種典型運動工況進行了優(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圓周半徑

4、和冗余驅動力，可以有效的降低主動支腿驅動力的峰值。確定了冗余支腿上鉸點坐標位置及其出力范圍。為了驗證優(yōu)化結果的可行性，本文利用Matlab下的SimMechanics工具箱建立了冗余并聯(lián)機構的仿真模型，對單自由度、雙自由度等運動情況進行了優(yōu)化結果的驗證，仿真結果表明不同的運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)機構的控制，以Sim