基于等效剛度的并聯(lián)機構運動精度保證策略研究.pdf

1、與串聯(lián)機構相比，并聯(lián)機構具有剛度質量比大、高承載力、良好的動態(tài)響應特性及運動高精度等優(yōu)點，在制造裝備、智能結構、工業(yè)機器人、娛樂設施等方面得以廣泛運用。并聯(lián)機構運動規(guī)劃大多根據(jù)運動學逆解模型求解，沒有考慮機構在外力作用下的變形。同時，由于并聯(lián)機構終端位置姿態(tài)難以直接測量，且并聯(lián)機構多采用半閉環(huán)控制，無法通過控制消除構件變形對終端精度的影響。通過分析并聯(lián)機構實時剛度，開展考慮終端受力下并聯(lián)機構的變形研究，對于保證其運動精度具有重要意義。本

2、文研究工作主要從兩方面開展：在并聯(lián)機構設計階段，通過結構參數(shù)優(yōu)化改善機構整體的剛度性能，此為先驗的精度保證；在并聯(lián)機構裝配完成后，考慮其因受力產生的構件變形而引入的終端誤差，進行運動精度的保證策略研究，此為后驗的精度保證。本文研究內容如下：
　　(1)針對目前并聯(lián)機構剛度分析，以矩陣主對角線元素作為對應自由度方向剛度值的表述不準確問題，提出了機構各自由度方向的等效剛度、等效力概念，綜合考慮了各自由度間受力耦合的關系，考慮了矩陣中各

3、元素對同一自由度方向上剛度的綜合影響，以此作為各自由度剛度的評價指標。通過矩陣元素單位分析及遺傳算法舉例驗證了其正確性，為后續(xù)研究奠定基礎。
　　(2)通過對鉸鏈坐標系和笛卡爾坐標系下的剛度矩陣求解分析，得出了兩者之間的變換關系。以笛卡爾坐標系下的守恒協(xié)調轉換剛度矩陣為基礎，提出了兼顧實時性和耦合性的守恒協(xié)調轉換等效剛度，并以此分析機構在各自由度方向上的變形，優(yōu)化了運動精度保證策略研究中的剛度模型。
　　(3)針對現(xiàn)有并聯(lián)機

4、構結構參數(shù)優(yōu)化方法，通過剛度矩陣條件數(shù)或矩陣主對角線元素相加求和作為優(yōu)化函數(shù)，存在各自由度方向剛度表達不準確、剛度值分布不合理等問題，基于并聯(lián)機構等效剛度提出了新的結構參數(shù)優(yōu)化函數(shù)。通過示例驗證了優(yōu)化后并聯(lián)機構各自由度方向剛度值，在整體或局部上都有較大提高，有利于保證并聯(lián)機構運動精度。
　　(4)基于守恒協(xié)調轉換等效剛度，提出一種考慮并聯(lián)機構剛度的運動學解算模型，給出了高效的運動學分析算法。通過舉例驗證，得到的驅動輸入參數(shù)保證了該