3-RRPaR并联机构刚体动力学建模与分析

发布时间：2022-01-01 11:07

　　针对一种具有冗余结构的3-RRPaR并联机构,根据拉格朗日乘子法建立动力学模型,进而对冗余并联机构进行动力学分析。首先,分析了3-RRPaR并联机构的结构特征,确定了冗余结构的结构构型;然后,利用闭环矢量法建立并联机构的逆运动学模型,利用拉格朗日乘子法建立并联机构的动力学模型;最后,利用Matlab分别对并联机构空载和加载时的动力学方程进行数值求解,绘制了动力学响应曲线,根据拉格朗日乘子与约束力矩的关系求解出驱动杆的驱动力矩,将计算结果与ADAMS虚拟仿真结果进行对比分析,验证了动力学建模方法的正确性。结果表明,动平台加载后,驱动杆的驱动力矩也随之增大,但其数值变化规律与空载时基本相同。本研究为该并联机构的动力学控制和机构性能研究奠定了基础,也为其他结构冗余并联机构的刚体动力学建模提供了方法和思路。 

【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

并联机构1号支链坐标示意图

图5a为该并联机构空载时驱动杆的驱动力矩曲线。从图5a可以看出，Matlab求解动力学模型所得驱动力矩曲线和ADAMS虚拟仿真所得驱动力矩曲线基本吻合，但有较小误差。其中3号驱动杆的驱动力矩误差最大，为0.027 N·m;1号驱动杆的驱动力矩误差次之，为0.015 3 N·m;2号驱动杆的驱动力矩误差最小，为0.002 3 N·m。空载时，3号支链驱动杆的驱动力矩最大，最大值达到4 N·m,1号支链和2号支链驱动力矩较小且相差不大，为0.8 N·m左右。图5 并联机构驱动杆的驱动力矩曲线

图4 动平台动态响应曲线图5b为该并联机构动平台加载1 kg时驱动杆的驱动力矩曲线。从图5b可以看出，动平台加载1 kg之后，驱动杆的驱动力矩数值相应增大，Matlab与ADAMS数值结果的误差也随之增大，但幅值和周期基本没有变化。3号驱动杆的驱动力矩最大为6 N·m，误差为0.027 N·m;1号驱动杆和2号驱动杆驱动力矩相差不大，为1 N·m，误差也相应较小，1号驱动杆误差为0.014 N·m,2号驱动杆误差为0.004 N·m。

【参考文献】：
期刊论文
[1]SCARA并联机构刚度和动力学分析[J]. 朱伟,郭倩,马致远,沈惠平,吴广磊.  农业机械学报. 2019(10)
[2]2UPU/SP 3自由度并联机构的动力学性能评价[J]. 王潇剑,吴军,岳义,许允斗.  清华大学学报(自然科学版). 2019(10)
[3]4-PRR冗余并联机构驱动力与能耗优化[J]. 胡小亮,谢志江,吴小勇,刘飞,卢超,唐小斌.  农业机械学报. 2019(05)
[4]3-PRR并联机器人机构运动学建模与分析[J]. 陈修龙,陈天祥,李跃文,蒙昭如.  山东科技大学学报(自然科学版). 2018(05)
[5]3自由度并联机构的动力学各向同性评价方法[J]. 张彬彬,王立平,吴军.  清华大学学报(自然科学版). 2017(08)
[6]轮-腿复合移动机器人RUPU-RUPR球面并联腿机构动力学研究[J]. 桑董辉,陈原,高军.  农业机械学报. 2017(08)
[7]3-CUR解耦并联3D打印机结构优化与动力学分析[J]. 曾达幸,张星,樊明洲,李晓帆,侯雨雷.  中国机械工程. 2017(12)
[8]3-PPR并联机构动力学建模与分析[J]. 谢志江,吴小勇,张军,庞智,孙琦.  机械传动. 2017(05)
[9]基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程[J]. 陈修龙,董芳杞,王清.  光学精密工程. 2015(11)
[10]6-UPS并联平台考虑关节摩擦的动力学分析及数值仿真[J]. 刘芳华,裴竞宇,宗泱.  应用力学学报. 2015(05)



本文编号：3562245