基于支链单元的并联机构动力学建模方法及参数辨识研究

发布时间：2021-01-05 12:55

　　本文针对无公共约束并联机构动力学及其辨识模型的建模方法进行了深入系统地研究,对于并联机构伺服电机选配、改善并联机构的控制精度、提高动力学分析的计算效率及准确性具有重要的意义。论文的主要研究内容如下: （1）研究了基于支链单元的并联机构动力学建模方法。综合考虑惯性力、重力和摩擦力等多种因素的影响,采用牛顿-欧拉法和拉格朗日乘子推导了并联机构支链主动关节驱动力与终端广义力之间的映射关系,首次提出了支链单元动力学模型的一般形式,适用于各种支链单元类型。基于支链单元建立了无公共约束并联机构的动力学模型,进一步得到了形式简洁的动力学逆解和正解模型。 （2）建立了并联机构动力学参数辨识模型和载荷辨识模型。首先分析了并联机构的基本动力学参数,通过推导并联机构支链单元的动力学参数辨识模型,建立了并联机构动力学参数离线和在线辨识模型,提出了并联机构动力学参数辨识过程中的轨迹选择原则和评价指标;同时研究了并联机构静态载荷和动态载荷的辨识方法并推导了相应的理论辨识模型。 （3）通过对并联机构动力学分析平台功能需求的分析,提出了并联机构动力学分析平台的功能结构。基于可扩展元标记语言（XML）,设计了并联机构动... 

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘 要
Abstract
目 录
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究状况综述
        1.2.1 构型综合设计
        1.2.2 刚体动力学分析
        1.2.3 动力学参数辨识
        1.2.4 动力学分析软件
    1.3 本文的研究目标与主要内容
第二章 并联机构动力学建模方法
    2.1 并联机构描述
        2.1.1 无公共约束并联机构定义
        2.1.2 并联机构的拓扑描述方法
        2.1.3 位姿描述
        2.1.4 运动学逆解
    2.2 支链单元动力学模型
        2.2.1 支链运动学分析
            2.2.1.1 支链运动关系描述
            2.2.1.2 运动学正解和逆解
        2.2.2 支链动力学模型的一般形式
        2.2.3 支链分析实例
            2.2.3.1 运动学分析
            2.2.3.2 动力学分析
    2.3 并联机构动力学模型
        2.3.1 并联机构动力学模型的一般形式
        2.3.2 动力学逆解模型
        2.3.3 动力学正解模型
        2.3.4 建模方法的特点
    2.4 平面并联机构动力学模型
        2.4.1 机构描述
        2.4.2 平面支链单元动力学模型
        2.4.3 平面并联机构动力学模型
    2.5 并联机构动力学性能指标
    2.6 本章小结
第三章 并联机构动力学辨识模型
    3.1 并联机构基本动力学参数与辨识方法
        3.1.1 并联机构基本动力学参数
        3.1.2 动力学参数辨识方法
    3.2 支链单元动力学参数辨识模型
    3.3 并联机构动力学参数辨识模型
        3.3.1 动力学参数辨识模型
        3.3.2 参数辨识模型的计算方法
        3.3.2 辨识轨迹选择
    3.4 并联机构载荷辨识模型
        3.4.1 静态载荷辨识模型
        3.4.2 动态载荷辨识模型
    3.5 本章小结
第四章 并联机构动力学分析平台总体设计
    4.1 系统需求分析与功能结构
        4.1.1 系统需求分析
        4.1.2 系统功能结构
    4.2 并联机构动力学数据描述方法
        4.2.1 数据描述方法比较
        4.2.2 前处理接口设计
            4.2.2.1 动力学前处理数据模型
            4.2.2.2 动力学模型描述
            4.2.2.3 动力学分析任务描述
        4.2.3 后处理接口设计
    4.3 并联机构动力学对象模型
    4.4 本章小结
第五章 并联机构动力学分析实例
    5.1 （3-PUS）-（1-PU）空间并联机构
        5.1.1 机构描述
        5.1.2 运动学分析
            5.1.2.1 位置分析
            5.1.2.2 速度分析
            5.1.2.3 加速度分析
        5.1.3 动力学分析
    5.2 3-PAPS 空间并联机构
        5.2.1 机构描述
        5.2.2 运动学分析
            5.2.2.1 位置分析
            5.2.2.2 速度分析
            5.2.2.3 加速度分析
        5.2.3 动力学分析
    5.3 （1-PRR）-（1-P（RPR-RR））平面并联机构
        5.3.1 机构描述
        5.3.2 运动学分析
            5.3.2.1 位置分析
            5.3.2.2 速度分析
            5.3.2.3 加速度分析
        5.3.3 动力学分析
    5.4 （1-PRR）-（1-PPA）平面并联机构
        5.4.1 机构描述
        5.4.2 运动学分析
            5.4.2.1 位置分析
            5.4.2.2 速度分析
            5.4.2.3 加速度分析
        5.4.3 动力学分析
    5.5 数值实例与验证
        5.5.1 XNZD755 虚拟样机模型
        5.5.2 正动力学分析结果
        5.5.3 逆动力学分析结果
        5.5.4 加配重的驱动力分析
        5.5.5 动力学参数辨识模型验证
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
致谢及声明
附录 基于 XML 的并联机构动力学数据描述规则
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
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[3]机构的结构类型综合综述[J]. 黄真,丁华锋.  燕山大学学报. 2003(03)
[4]基于位移子群分析的3自由度移动并联机构型综合[J]. 李秦川,黄真.  机械工程学报. 2003(06)
[5]并联机床数字化创新设计研究[J]. 朱煜,汪劲松,张华,关立文,张永忠.  计算机集成制造系统-CIMS. 2003(01)
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[9]新型并联机床作业空间与奇异性分析[J]. 唐晓强,汪劲松,段广洪,朱煜.  中国机械工程. 2002(10)
[10]基于单开链单元的欠秩并联机器人机构型综合的一般方法[J]. 杨廷力,金琼,刘安心,沈惠平,罗玉峰.  机械科学与技术. 2001(03)



本文编号：2958700