12-6台体型并联机构位置正解的唯一性分析
发布时间：2021-08-02 01:33
设计了一种含混合单开链支路的12-6台体型Stewart冗余并联机构,在构建位置正解模型时发现,该机构的正向运动学可能存在增根或失根的情况。针对该问题,通过挖掘拓扑构型内部固有的尺度约束关系,以及同构方程的消元运算,对所有可能出现多解的位形逐个进行了分析,研究结果显示:该并联机构具有确定的、唯一的位置正解。最后,推导了新型并联机构的全解析解,并通过虚拟试验验证了上述算法的正确性,为动力学控制、工作空间计算等后续工作奠定了重要的理论基础。
【文章来源】：机械设计与制造. 2020,(05)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
初始位形下的机构简图
为更好地描述式（3）中变量之间的几何关系，以y3、z2为正交轴建立辅助笛卡尔坐标系，如图2所示。式（3）中的前两个方程在坐标系中表示为四条直线，如图2中的虚线所示，它们的四个交点A、B、C、D关于原点对称。第三个方程为一条斜线，理论上它与A、B、C、D可能有一个交点（如L1、L3、L4等），也可能有两个交点（如L2、L5等），而后者一定对应着斜线过原点的情况。由于z1=y1=y0=z0=0，故B1、P点在x轴上；又因为B2与B1、P的距离相等，故B2在x轴上的投影为B1、P的中点。同理，B3在x轴上的投影也为B1、P的中点。又由于n>0，故第三个方程对应的斜线一定不可能过原点。综上所述，当x0,y0,z0中有两个为0时，正解是唯一的。
运用Mathematica软件建立新型并联机构的虚拟样机，如图3所示。其中，质量块的边长和支链的初始长度分别设置为30mm、25mm。虚拟试验中，通过给定并联机构12条支链的长度，可以测量出动平台的位置、姿态数据以及所有特征点的坐标值；相反地，通过给定动平台的位置、姿态或者三个非共线特征点的坐标值，也可以测量出12条支链的长度数据。给出三个典型算例，首先，基于正解算法计算特征点的坐标值；然后，将理论计算值与试验测量数据进行对比，如表2所示。结果显示，该新型并联机构具有确定的、唯一的运动学正解，且计算值与试验值完全吻合，表明这里的算法是正确、有效的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]三种无内部奇异的平面冗余驱动并联机构及其性能分析[J]. 刘延斌,张彦斌. 机械设计与制造. 2017(09)
[2]压电驱动式台体型并联机构的位置正解研究[J]. 尤晶晶,严飞,周为,李成刚,吴洪涛. 压电与声光. 2017(06)
[3]6-RRS超冗余驱动飞行模拟器的性能分析[J]. 周昌春,方跃法,叶伟,汪从哲. 机械工程学报. 2016(01)
[4]并联式六维加速度传感器的参数辨识[J]. 尤晶晶,李成刚,吴洪涛. 光学精密工程. 2013(10)
[5]基于拓扑结构分析的求解6-SPS并联机构位置正解的研究[J]. 沈惠平,尹洪波,王振,黄涛,李菊,邓嘉鸣,杨廷力. 机械工程学报. 2013(21)
[6]并联式六维加速度传感器的哈密顿动力学研究[J]. 尤晶晶,李成刚,吴洪涛. 机械工程学报. 2012(15)
[7]6-SPS并联机构运动学正解的一种解析化方法[J]. 程世利,吴洪涛,姚裕,刘芳华,缪群华,李成刚,朱剑英. 机械工程学报. 2010(09)
[8]6-SPS并联机构位置正解的改进粒子群算法[J]. 李明磊,贾育秦. 现代制造工程. 2009(05)
本文编号：3316617
【文章来源】：机械设计与制造. 2020,(05)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
初始位形下的机构简图
为更好地描述式（3）中变量之间的几何关系，以y3、z2为正交轴建立辅助笛卡尔坐标系，如图2所示。式（3）中的前两个方程在坐标系中表示为四条直线，如图2中的虚线所示，它们的四个交点A、B、C、D关于原点对称。第三个方程为一条斜线，理论上它与A、B、C、D可能有一个交点（如L1、L3、L4等），也可能有两个交点（如L2、L5等），而后者一定对应着斜线过原点的情况。由于z1=y1=y0=z0=0，故B1、P点在x轴上；又因为B2与B1、P的距离相等，故B2在x轴上的投影为B1、P的中点。同理，B3在x轴上的投影也为B1、P的中点。又由于n>0，故第三个方程对应的斜线一定不可能过原点。综上所述，当x0,y0,z0中有两个为0时，正解是唯一的。
运用Mathematica软件建立新型并联机构的虚拟样机，如图3所示。其中，质量块的边长和支链的初始长度分别设置为30mm、25mm。虚拟试验中，通过给定并联机构12条支链的长度，可以测量出动平台的位置、姿态数据以及所有特征点的坐标值；相反地，通过给定动平台的位置、姿态或者三个非共线特征点的坐标值，也可以测量出12条支链的长度数据。给出三个典型算例，首先，基于正解算法计算特征点的坐标值；然后，将理论计算值与试验测量数据进行对比，如表2所示。结果显示，该新型并联机构具有确定的、唯一的运动学正解，且计算值与试验值完全吻合，表明这里的算法是正确、有效的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]三种无内部奇异的平面冗余驱动并联机构及其性能分析[J]. 刘延斌,张彦斌. 机械设计与制造. 2017(09)
[2]压电驱动式台体型并联机构的位置正解研究[J]. 尤晶晶,严飞,周为,李成刚,吴洪涛. 压电与声光. 2017(06)
[3]6-RRS超冗余驱动飞行模拟器的性能分析[J]. 周昌春,方跃法,叶伟,汪从哲. 机械工程学报. 2016(01)
[4]并联式六维加速度传感器的参数辨识[J]. 尤晶晶,李成刚,吴洪涛. 光学精密工程. 2013(10)
[5]基于拓扑结构分析的求解6-SPS并联机构位置正解的研究[J]. 沈惠平,尹洪波,王振,黄涛,李菊,邓嘉鸣,杨廷力. 机械工程学报. 2013(21)
[6]并联式六维加速度传感器的哈密顿动力学研究[J]. 尤晶晶,李成刚,吴洪涛. 机械工程学报. 2012(15)
[7]6-SPS并联机构运动学正解的一种解析化方法[J]. 程世利,吴洪涛,姚裕,刘芳华,缪群华,李成刚,朱剑英. 机械工程学报. 2010(09)
[8]6-SPS并联机构位置正解的改进粒子群算法[J]. 李明磊,贾育秦. 现代制造工程. 2009(05)
本文编号：3316617
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