绳索弹簧并联机构工作空间及运动控制分析

发布时间：2017-08-16 17:24

  本文关键词：绳索弹簧并联机构工作空间及运动控制分析

  更多相关文章： 绳索弹簧并联机构 工作空间分析 被动导向单元 动力学分析 鲁棒控制

【摘要】：绳索并联机构由绳索全部或部分地代替传统并联机构的连杆而构成,其兼具并联结构和绳索驱动的优点,具有高精度、高负载、轻量化及结构紧凑等特点,并且可以实现高速作业。但由于绳索只能承受拉力而不能承受压力,故对绳索并联机构分析时,必须同时考虑运动和受力两方面的约束,绳索并联机构的工作空间不再只由绳长决定,绳索驱动的过程中还要同时保证每根绳索都保持张紧状态,所以在绳索长度确定的空间内的位姿点并不都能满足绳索拉紧状态,因此绳索并联机构的工作空间得到了限制。如果增加驱动绳索,由于驱动绳索数目越多,绳索并联机构的驱动控制就变得越复杂。如果在绳索并联机构中引入弹簧组成绳索弹簧并联机构,并选择合适的弹簧参数和弹簧固定铰接点位置,不仅可以实现绳索驱动器与自由度数目相同的可控绳索弹簧机构,同时可以在不改变驱动绳索数目的情况下改善机构的结构性能。因此有必要对绳索弹簧并联机构的刚度和稳定性进行分析和研究。本论文从绳索弹簧并联机构的工作性能出发,着重研究弹簧的各项参数对绳索弹簧并联机构的刚度、绳索拉力分布的影响。同时对绳索弹簧并联机构在重心偏移情况下进行运动控制分析。本课题主要完成以下几方面的工作:(1)建立绳索弹簧并联机构的结构模型,求解出绳索弹簧并联机构的力封闭工作空间,推导出机构刚度表达式和绳索拉力表达式,并计算出机构在所求的力封闭工作空间内的刚度分布以及在力封闭工作空间内各位姿点上绳索的拉力。(2)分析了弹簧固定铰接点位置、初始长度和刚度系数等弹簧参数对绳索拉力分布和结构刚度的影响,分别定义了绳索拉力分布指数和刚度分布指数,并将其作为评价工作空间性能的指标,将满足绳索拉力分布指数或刚度分布指数要求的位姿点组成的工作空间定义成可行工作空间。以同时满足绳索拉力分布指数或刚度分布指数要求的可行工作空间最大化为目标,利用遗传算法对绳索弹簧机构进行结构设计与优化设计。(3)在绳索弹簧并联机构中引入被动导向偏转单元,即用沿直线轨道运动的滑块代替弹簧支链的固定铰接点,每个滑块再通过两根弹簧连接。研究被动导向偏转单元对可行工作空间工作性能的影响,通过对比加入被动导向偏转单元对机构的工作空间、刚度分布情况及绳索弹簧拉力分布情况等特性的影响,设计出合理的被动导向偏转单元的结构。(4)据绳索弹簧并联机构的结构特点,分别建立绳索弹簧并联机构在理想情况下的动力学模型和考虑动平台重力、重心变化时的动力学模型。针对考虑绳索弹簧并联机构重心未知、时变偏移时的动力学模型,设计出一种满足H∞跟踪性能的鲁棒补偿控制器,并建立这种鲁棒补偿控制下的运动控制模型,根据动平台的期望运动状态,对绳索弹簧并联机构运动过程进行仿真计算,研究机构在运动过程中的动态特性和稳定性,并确定合理的控制方法。
【关键词】：绳索弹簧并联机构 工作空间分析 被动导向单元 动力学分析 鲁棒控制
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-15
• 缩略语对照表15-19
• 第一章 绪论19-27
• 1.1 课题的研究背景及目的19-20
• 1.2 发展概况20-24
• 1.2.1 绳索驱动并联机构国外发展概况20-22
• 1.2.2 绳索驱动并联机构国内发展概况22-24
• 1.3 本文的主要研究内容24-27
• 第二章 绳索弹簧并联机构工作空间分析27-33
• 2.1 引言27
• 2.2 绳索弹簧并联机构力学模型建立27-29
• 2.2.1 结构模型的建立27-28
• 2.2.2 静力学平衡方程28-29
• 2.3 绳索弹簧并联机构力封闭工作空间求解29-32
• 2.3.1 3自由度4根绳索驱动并联机构29-31
• 2.3.2 3自由度4根绳索2根弹簧并联机构31-32
• 2.4 小结32-33
• 第三章 绳索弹簧并联机构可行工作空间分析及优化33-57
• 3.1 引言33
• 3.2 绳索弹簧并联机构刚度分析33-39
• 3.2.1 总刚度分析33-34
• 3.2.2 主动刚度分析34-36
• 3.2.3 绳索拉力求解36-38
• 3.2.4 系统刚度仿真计算38-39
• 3.3 弹簧参数对绳索弹簧并联机构绳索拉力分布指数的影响39-44
• 3.3.1 绳索弹簧并联机构绳索拉力分布指数定义39-42
• 3.3.2 弹簧固定铰接点位置对绳索拉力分布指数的影响42-43
• 3.3.3 弹簧初始长度对绳索拉力分布指数的影响43-44
• 3.3.4 弹簧刚度系数对绳索拉力分布指数的影响44
• 3.4 弹簧参数对绳索弹簧并联机构刚度分布指数的影响44-49
• 3.4.1 绳索弹簧并联机构刚度分布指数定义44-47
• 3.4.2 弹簧固定铰接点位置对刚度分布指数的影响47-48
• 3.4.3 弹簧初始长度对刚度分布指数的影响48
• 3.4.4 弹簧刚度系数对刚度分布指数的影响48-49
• 3.5 绳索弹簧并联机构可行工作空间求解49-51
• 3.6 绳索弹簧并联机构优化设计51-55
• 3.6.1 优化算法51-52
• 3.6.2 采用遗传算法对绳索弹簧并联机构优化52-55
• 3.7 小结55-57
• 第四章 带被动导向单元绳索弹簧并联机构57-65
• 4.1 引言57
• 4.2 被动导向单元设计及工作空间求解57-61
• 4.3 被动导向单元结构优化61-63
• 4.4 小结63-65
• 第五章 绳索弹簧并联机构动力学建模65-71
• 5.1 引言65
• 5.2 不考虑重心偏移情况下绳索弹簧并联机构动力学建模65-67
• 5.2.1 理想情况下绳索弹簧并联机构动力学模型65-66
• 5.2.2 考虑负载质量情况下绳索弹簧并联机构动力学模型66-67
• 5.3 绳索弹簧并联机构的结构不确定性67
• 5.4 考虑重心偏移情况下绳索弹簧并联机构动力学模型67-69
• 5.5 小结69-71
• 第六章 绳索弹簧并联机构重心未知、时变偏移时运动控制71-85
• 6.1 引言71
• 6.2 常规PD控制下绳索弹簧并联机构运动控制71-72
• 6.3 针对绳索弹簧并联机构的鲁棒补偿控制器设计72-76
• 6.3.1 问题描述72-73
• 6.3.2 绳索弹簧并联机构鲁棒补偿控制律推导73-75
• 6.3.3 稳定性分析75-76
• 6.4 仿真研究76-84
• 6.4.1 直线轨道跟踪76-78
• 6.4.2 矩形轨道跟踪78-80
• 6.4.3 圆形轨道跟踪80-82
• 6.4.4 星形轨道跟踪82-84
• 6.5 小结84-85
• 第七章 总结与展望85-89
• 7.1 总结85-86
• 7.2 展望86-89
• 参考文献89-93
• 致谢93-95
• 作者简介95-96

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;液压传动绳索牵引加速小车试验成功[J];铁道科技动态;1979年04期

2 余意;易建强;李成栋;赵冬斌;张建宏;;绳索牵引自动水平调节机器人综合控制策略[J];电机与控制学报;2009年06期

3 王克义;张立勋;张今瑜;刘富强;;1R2T绳索牵引骨盆康复机器人动力学[J];江苏大学学报(自然科学版);2010年02期

4 王克义;张立勋;孟浩;;1R2T绳索牵引并联康复机器人绳索弹性研究[J];南京理工大学学报(自然科学版);2010年05期

5 徐光鑫;节油小革新[J];探矿工程;1984年04期

6 余意;易建强;赵冬斌;张建宏;;绳索牵引自动水平调节机器人的设计[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年S1期

7 张立勋;王克义;张今瑜;王岚;;基于绳索牵引的骨盆运动并联康复机器人的可控性研究[J];哈尔滨工程大学学报;2007年07期

8 张立勋;刘攀;王克义;;基于绳索牵引的航天员机能训练机器人虚拟重力控制[J];机器人;2010年04期

9 王克义;郭钽;张立勋;刘攀;徐生林;;绳索牵引康复机器人运动误差及仿真分析[J];哈尔滨工程大学学报;2008年11期

10 王克义;孟浩;张立勋;郭培培;;平面绳索牵引并联机器人静态刚度[J];哈尔滨工程大学学报;2011年09期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 张建宏;易建强;赵冬斌;余意;;一种四绳索牵引水平调节吊具的智能控制方法[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第三分册）[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王克义;绳索牵引骨盆运动控制康复机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 刘攀;绳索牵引机器人及虚拟重力系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李帆;绳索—弹簧混联机构特性分析[D];西安电子科技大学;2014年

2 李清桓;绳索弹簧并联机构工作空间及运动控制分析[D];西安电子科技大学;2015年

，

本文编号：684544