基于等效剛度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動精度保證策略研究.pdf

1、與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度質(zhì)量比大、高承載力、良好的動態(tài)響應(yīng)特性及運動高精度等優(yōu)點，在制造裝備、智能結(jié)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人、娛樂設(shè)施等方面得以廣泛運用。并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動規(guī)劃大多根據(jù)運動學(xué)逆解模型求解，沒有考慮機(jī)構(gòu)在外力作用下的變形。同時，由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)終端位置姿態(tài)難以直接測量，且并聯(lián)機(jī)構(gòu)多采用半閉環(huán)控制，無法通過控制消除構(gòu)件變形對終端精度的影響。通過分析并聯(lián)機(jī)構(gòu)實時剛度，開展考慮終端受力下并聯(lián)機(jī)構(gòu)的變形研究，對于保證其運動精度具有重要意義。本

2、文研究工作主要從兩方面開展：在并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計階段，通過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化改善機(jī)構(gòu)整體的剛度性能，此為先驗的精度保證；在并聯(lián)機(jī)構(gòu)裝配完成后，考慮其因受力產(chǎn)生的構(gòu)件變形而引入的終端誤差，進(jìn)行運動精度的保證策略研究，此為后驗的精度保證。本文研究內(nèi)容如下：
　　(1)針對目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度分析，以矩陣主對角線元素作為對應(yīng)自由度方向剛度值的表述不準(zhǔn)確問題，提出了機(jī)構(gòu)各自由度方向的等效剛度、等效力概念，綜合考慮了各自由度間受力耦合的關(guān)系，考慮了矩陣中各

3、元素對同一自由度方向上剛度的綜合影響，以此作為各自由度剛度的評價指標(biāo)。通過矩陣元素單位分析及遺傳算法舉例驗證了其正確性，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)通過對鉸鏈坐標(biāo)系和笛卡爾坐標(biāo)系下的剛度矩陣求解分析，得出了兩者之間的變換關(guān)系。以笛卡爾坐標(biāo)系下的守恒協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換剛度矩陣為基礎(chǔ)，提出了兼顧實時性和耦合性的守恒協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換等效剛度，并以此分析機(jī)構(gòu)在各自由度方向上的變形，優(yōu)化了運動精度保證策略研究中的剛度模型。
　　(3)針對現(xiàn)有并聯(lián)機(jī)

4、構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法，通過剛度矩陣條件數(shù)或矩陣主對角線元素相加求和作為優(yōu)化函數(shù)，存在各自由度方向剛度表達(dá)不準(zhǔn)確、剛度值分布不合理等問題，基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)等效剛度提出了新的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化函數(shù)。通過示例驗證了優(yōu)化后并聯(lián)機(jī)構(gòu)各自由度方向剛度值，在整體或局部上都有較大提高，有利于保證并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動精度。
　　(4)基于守恒協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換等效剛度，提出一種考慮并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度的運動學(xué)解算模型，給出了高效的運動學(xué)分析算法。通過舉例驗證，得到的驅(qū)動輸入?yún)?shù)保證了該