冗余驱动支链对并联机构性能的改善及其控制方法研究

admin · 发表于 2022-9-6 12:52:09

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本文以3RPS+UPS冗余驱动并联机构为研究对象，对其进行了运动学、力学性能分析，以及结构参数的优化，研究了冗余驱动支链对并联机构性能的改善作用，提出了可抑制并联机构理论模型简化及不确定性干扰因素影响的鲁棒性运动控制策略，以及对冗余驱动支链的柔顺性控制方法。论文研究内容如下：基于螺旋理论，并结合D-H方法对并联机构进行了运动学分析，构造出含支链各构件制造和装配误差参数的并联机构影响系数矩阵。从理论上证明了UPS支链对3RPS并联机构的运动自由度不会产生影响。采用数值法对冗余驱动并联机构位姿正反解题目进行研究，指出合理的UPS支链布置形式不会使机构的工作空间缩小。建立了冗余驱动并联机构各杆件的速度和加速度协调映射关系。提出一种适用于大载荷、大姿态空间工况的具有特殊复合球铰的3RPS并联机构，并对该复合球铰及整机的奇异性和灵活度进行了分析。论述冗余驱动UPS支链能够消除3RPS并联机构部分奇异，扩大其姿态空间的运动学原理。建立全局灵活度指标和灵活度离散程度指标的概念，并以上述指标及机构奇异性为约束条件，综合考虑各构件干涉、最大驱动力和驱动速度等影响因素，对机构的结构参数进行优化。分析了并联机构结构变形与复合铰链及支链构件弹性变形之间的映射关系，建立了兼顾支链和铰链刚度的并联机构瞬时刚度模型。论述了冗余驱动支链对并联机构刚度改善的原理，分析了冗余驱动并联机构各支链之间的运动协调关系，结合冗余驱动支链的刚度，建立了冗余驱动并联机构的整机刚度模型。分析了并联机构广义速度、加速度的映射关系，基于虚功原理，建立了机构的Lagrange动力学方程。考虑到因模型简化及外部不确定性干扰因素的影响，设计出具有抑制作用的鲁棒性运动控制律，改善机构轨迹跟踪的动、静态特性。从理论上证明系统的稳定收敛性和抗干扰性，并通过数值仿真对该控制律的鲁棒性进行验证。基于冗余驱动支链的动力学方程，并结合支链弹性变形与冗余驱动力之间的映射关系，建立其目标阻抗模型。采用模糊PID控制策略对该目标阻抗模型进行实时内力跟踪，保证支链的内力控制在合理范围之内，从而实现对冗余驱动支链的柔顺性控制。

冗余驱动支链对并联机构性能的改善及其控制方法研究

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