4-RRR冗余并联机构混合驱动与能耗优化

发布时间：2021-06-29 15:25

　　为实现3D打印机对曲面的精细化打印,对3D打印机的喷头结构的快速响应和精确控制提出了更高的要求,为此设计了一种可以实现姿态控制的平面4-RRR冗余并联机构。根据机构的特点,在运动学基础上,利用虚功原理建立该机构的动力学模型,然后以混合驱动方式并借助最小二范数法实现机构等效广义力到轴向驱动力的优化。在此基础上,对驱动力二范数和最小驱动总功率进行优化,分别得到角速度、驱动力与驱动功率变化曲线。结果表明:该机构驱动力二范数解和最小驱动总功率解的差异略小,其驱动电机做功减少了1.17%。结合驱动力二范数、最小驱动总功率的优化结果,选取混合驱动的驱动方式,可以实现冗余并联机构驱动器瞬时驱动力与瞬时驱动功率的均衡,并降低机构运动过程中的功耗,实现3D打印机喷头机构的快速响应。 

【文章来源】：机床与液压. 2020,48(13)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

3D打印并联机器人机构简图

一般计算封闭链动力学模型的经典方法:首先形成一个等价树结构,然后利用拉格朗日乘子法或达朗贝尔原理或虚功原理或哈密尔顿原理或牛顿-欧拉法或凯恩法处理系统的约束;其中,虚功原理可以有效地完成对并联机器人动力学的建模[14]。故本文作者采用虚功原理对3D打印冗余并联机器人进行动力学模型建模,其模型如图2所示。对式(6)进行变换得支链杆SiRi角速度矩阵和点Si的速度矩阵分别为

综合分析3D打印机器人试验条件及冗余并联机构的实际要求,设定该机器人的工作台尺寸为350 mm×350 mm×320 mm,动平台边长a=70 mm,静平台边长b=100 mm,连杆SiRi的长c=60 mm,连杆RiMi的长d=200 mm。采用MATLAB中的Sumlink工具箱编程进行数值模拟分析。通过数值编程得到该机器人的结构模拟图如图3所示。选择典型工况进行混合驱动下的刚体动力学与能耗分析,设动平台末端运动轨迹为

【参考文献】：
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本文编号：3256688