并聯(lián)機構奇異性分析及免奇異方法研究.pdf

1、并聯(lián)機構以其特有的剛度大、承載能力強、累積誤差小、控制精度高等優(yōu)點適應了社會生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在航空航天、精密機械加工、工業(yè)機器人等高科技領域得到了應用。隨著并聯(lián)機構的廣泛應用，并聯(lián)機構的奇異性問題引起了眾多國內(nèi)外學者的關注。奇異性是并聯(lián)機構的固有特性，當機構處于奇異位置時，運動出現(xiàn)分岔現(xiàn)象，使機構的輸出運動不確定。因此，如何控制機構以確定的運動通過奇異位置是實現(xiàn)并聯(lián)機器人控制的關鍵。本文利用奇異性理論，對并聯(lián)機構奇異位置處的奇異性規(guī)避

2、問題進行了研究，解決了機構以確定的運動通過邊界奇異位置的關鍵問題，并研究了與機構結構參數(shù)相關的復雜奇異性問題和有效減少機構奇異性的問題。 首次在復數(shù)域內(nèi)研究機構的奇異性問題。以Watt六桿機構為例，討論了多環(huán)機構的奇異性問題，在復數(shù)域內(nèi)建立的機構分岔分析方程，形象直觀，芽空間轉換非常方便?；诜植矸匠痰亩嘟庑院推娈愋岳碚?，分析了多環(huán)機構的奇異構型和機構的分岔性態(tài)與機構參數(shù)的關系。 應用奇異性理論分析Stewart并聯(lián)機構

3、的構型分岔特性。建立了機構的分岔方程，利用Jacobian矩陣確定機構的奇異位置，根據(jù)奇異性理論的靜態(tài)分岔條件來判斷機構的分岔點，并將分岔方程的部分導數(shù)特性用于確定分岔點的分岔特性。提出了構型轉換影響系數(shù)的概念，該系數(shù)揭示了奇異位置附近機構構型的變換規(guī)律，為機構運動控制提供了理論基礎，同時也為利用開折的方法實現(xiàn)轉向分岔點免奇異奠定了基礎。 首次用數(shù)值的方法研究了對稱6-6型Stewart并聯(lián)機構多參數(shù)復雜奇異性問題。6-6型St

4、ewart并聯(lián)機構具有六個自由度，六個輸入?yún)?shù)可以作為機構的分岔參數(shù)，不同的分岔參數(shù)引起機構出現(xiàn)不同的分岔現(xiàn)象。根據(jù)分岔參數(shù)組合對機構分岔的影響，將多分岔參數(shù)組合共分為八種情況，并對這八種情況下機構的奇異性和分岔點的分岔特性進行了詳細討論。分岔分析結果驗證了以往研究中所出現(xiàn)的奇異位形，同時又發(fā)現(xiàn)了新的奇異位形。 首次討論了機構的結構參數(shù)與并聯(lián)機構奇異性的關系。詳細討論了 Stewart并聯(lián)機構動、靜平臺半徑R<,1>和R<,2>

5、、作動筒長度l<,i>和動、靜平臺鉸鏈點夾角a<,1>和a<,2>對并聯(lián)機構分岔特性的影響，并通過分析工作空間和穩(wěn)定工作空間給出了上述參數(shù)選取的基本方法，為通過合理選擇結構參數(shù)實現(xiàn)機構的免奇異或減少機構的奇異性奠定了理論基礎。從非線性奇異性理論出發(fā)，研究了并聯(lián)機構邊界奇異性的規(guī)避問題。分析了并聯(lián)機構奇異位置的構型分岔特性，根據(jù)并聯(lián)機構通過邊界奇異位置的構型方式將邊界奇異性規(guī)避問題分為三類進行了研究，分別構造了并聯(lián)機構以這三種構型方式通過