高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、液壓驅(qū)動(dòng)的Stewart平臺(tái)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了許多領(lǐng)域中，然而由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得它的工作頻段較低，限制了這種機(jī)構(gòu)在高頻運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用。本文旨在研究典型Stewart平臺(tái)的工作頻率限制因素，并基于分析結(jié)果進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)，提出一種新的高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，然后對(duì)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及固有頻率等進(jìn)行分析，以拓展六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　本文首先根據(jù)以往的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出了典型Stewart平臺(tái)的工作頻寬限制因素即機(jī)

2、構(gòu)中所用的細(xì)長(zhǎng)液壓缸的橫向振動(dòng)這一觀點(diǎn)。針對(duì)Stewart平臺(tái)中經(jīng)常使用的細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，考慮其關(guān)鍵部件，得到了它的等效簡(jiǎn)化模型?；诖四Ｐ停茖?dǎo)了細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸橫向振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程，并找出了限制橫向振動(dòng)的邊界條件。利用運(yùn)動(dòng)方程和邊界條件，進(jìn)一步求解了細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸橫向振動(dòng)的固有頻率，并通過Matlab軟件分析了液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其橫向振動(dòng)一階固有頻率的影響，給出了提高一階固有頻率的方法。通過對(duì)比以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及利

3、用ANSYS軟件建模仿真，驗(yàn)證了理論模型的有效性，也說明了細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸的橫向振動(dòng)確實(shí)會(huì)限制Stewart平臺(tái)的工作頻率。
　　在以上分析的基礎(chǔ)上，本文對(duì)一種新型的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了說明，討論了其實(shí)現(xiàn)高頻運(yùn)動(dòng)的可能性。然后建立了該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解模型，得到了機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)：雅克比矩陣。在運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，又分別建立了機(jī)構(gòu)的單剛體和多剛體動(dòng)力學(xué)模型，其中在建立多剛體動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，使用了凱恩方法，減小了工作量，推導(dǎo)過程比較簡(jiǎn)潔

4、。接下來在Matlab/Simulink和Adams/View環(huán)境下分別搭建模型，對(duì)比驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的正確性。
　　在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，本文又對(duì)這種高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行了分析。首先求出了機(jī)構(gòu)的剛度矩陣的一般表達(dá)式，然后結(jié)合動(dòng)力學(xué)建模過程中得到的機(jī)構(gòu)質(zhì)量矩陣，求解了當(dāng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)處在中位時(shí)，其六個(gè)自由度方向上的固有頻率和振型。通過結(jié)果可知，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)在一般情況下，在中位時(shí)，不同自由度之間的運(yùn)動(dòng)會(huì)有耦合。

5、為消除這種耦合，文中推導(dǎo)了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)在中位時(shí)的振動(dòng)解耦條件，并基于單剛體模型的振動(dòng)解耦條件，求得了解耦之后機(jī)構(gòu)在六個(gè)自由度方向上的固有頻率公式。最后分析了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其固有頻率的影響，并結(jié)合不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下液壓缸的出力大小，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。
　　本文首次提出了細(xì)長(zhǎng)液壓缸的橫向振動(dòng)對(duì)Stewart平臺(tái)的工作頻率的限制，并對(duì)細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸的橫向振動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，為液壓缸的設(shè)計(jì)和選擇以及平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了幫助。另外，本文在