一种新型5自由度并联驱动机构动力学性能分析

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作者 刘宏飞 张金柱 +3 位作者 熊晓燕 史汉卿 刘晟骧 张明泽 《机械设计》 北大核心 2025年第6期114-121,共8页

介绍了一种新型5自由度并联驱动机构,根据该机构特点,将机构划分为驱动机构与执行机构。基于拉格朗日法,通过选取多套局部广义坐标,分别建立了驱动机构与执行机构的动力学模型;利用广义坐标的映射关系得到了整机动力学模型;基于虚功原... 介绍了一种新型5自由度并联驱动机构,根据该机构特点,将机构划分为驱动机构与执行机构。基于拉格朗日法,通过选取多套局部广义坐标,分别建立了驱动机构与执行机构的动力学模型;利用广义坐标的映射关系得到了整机动力学模型;基于虚功原理和速度雅可比矩阵得到了驱动力求解方程。定义了驱动功率接近系数和能量传递效率性能评价指标,通过实例绘制了驱动功率接近系数变化曲线和能量传递效率性能图谱,系统分析了机构末端位置对能量传递效率的影响规律。该研究为5自由度并联驱动机构的动力学性能分析奠定了理论基础,为其轨迹规划及控制策略选择提供了理论参考。 展开更多

关键词 并联驱动机构 动力学 性能评价 驱动功率 能量传递效率

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五自由度并联驱动机构及其位置分辨能力分析 被引量：3

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作者 张金柱 史汉卿 +2 位作者 王涛 黄庆学 姜力 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1414-1422,1431,共10页

提出了一种具有三移动和二转动的多分支耦合并联驱动机构,基于方位特征集法分析了机构自由度及机构末端的运动特征。利用齐次变换法建立了机构的运动学逆解模型,求解了并联驱动机构的全雅可比矩阵。基于牛顿迭代法建立了运动学正解模型... 提出了一种具有三移动和二转动的多分支耦合并联驱动机构,基于方位特征集法分析了机构自由度及机构末端的运动特征。利用齐次变换法建立了机构的运动学逆解模型,求解了并联驱动机构的全雅可比矩阵。基于牛顿迭代法建立了运动学正解模型,并对理论模型进行了仿真验证。利用CAD变分几何法绘制了机构的可达工作空间。定义了机构的全域位置敏感度系数指标,系统分析了特定工况下的驱动系统分辨率对机构位置分辨能力的影响规律。 展开更多

关键词 并联驱动机构 运动学 雅可比矩阵 位置分辨能力

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复合驱动并联机构的动力学建模与仿真分析 被引量：4

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作者 吴孟丽 陈莫 +3 位作者 李德祚 王旭浩 李明宇 林玉飞 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第3期112-121,共10页

针对一种PUU-2PRRS 5自由度复合驱动并联机构的刚体动力学建模问题,采用拉格朗日法结合虚功原理建立刚体动力学模型并进行仿真分析。首先,在考虑存在次闭环的情况下,采用闭环矢量法对并联机构进行运动学分析,推导出机构各构件质心的线... 针对一种PUU-2PRRS 5自由度复合驱动并联机构的刚体动力学建模问题,采用拉格朗日法结合虚功原理建立刚体动力学模型并进行仿真分析。首先,在考虑存在次闭环的情况下,采用闭环矢量法对并联机构进行运动学分析,推导出机构各构件质心的线速度和角速度;其次,采用拉格朗日法结合虚功原理建立复合驱动并联机构的刚体动力学模型,为复合驱动并联机构驱动力的求解及后续动力学仿真分析奠定了基础;最后,基于MATLAB软件和ADAMS软件对该并联机构进行动力学仿真分析,在给定相同末端轨迹的情况下,对比两种软件得到的驱动力变化曲线,仿真结果验证了所建动力学模型的正确性。文中不仅为PUU-2PRRS 5自由度复合驱动并联机构控制系统的搭建打下了基础,也为其他复合驱动并联机构的动力学建模分析提供了理论依据。 展开更多

关键词 复合驱动并联机构 次闭环结构 刚体动力学建模 拉格朗日法 虚功原理

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基于DSP的柔索驱动并联机构控制系统 被引量：1

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作者 周中喜 张志安 盛娟红 《兵工自动化》 2016年第6期60-65,共6页

针对某被动防护系统对平台姿态的控制要求,设计了一种新型的柔性绳索并联机构,并为该机构设计一款控制系统。建立基准坐标系和动平台固连坐标系,在上述坐标系下分别用球坐标角和欧拉角表示动平台的姿态,并给出2种姿态表示的转换关系。... 针对某被动防护系统对平台姿态的控制要求,设计了一种新型的柔性绳索并联机构,并为该机构设计一款控制系统。建立基准坐标系和动平台固连坐标系,在上述坐标系下分别用球坐标角和欧拉角表示动平台的姿态,并给出2种姿态表示的转换关系。分析该机构的运动反解模型,建立关于索长的PID控制模型。通过电机转动角度改变绳索的长度。根据建立的模型与控制要求设计控制系统的软件和基于DSP的硬件。实验和仿真验证结果表明:该控制系统各个模块工作稳定、高效,控制模型正确、有效,达到控制要求,实现了预期的功能。 展开更多

关键词 柔索并联驱动机构 运动反解 PID控制 控制系统设计

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基于拉格朗日的冗余驱动并联机构刚体动力学建模 被引量：24

5

作者 陈修龙 孙德才 王清 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期329-336,共8页

针对4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构的刚体动力学建模问题,基于拉格朗日方程建立冗余驱动并联机构动力学模型。首先,推导出4-UPS-RPU冗余驱动并联机构系统的动能表达式、势能表达式和作用于并联机构非保守力的等效广义力;然后,应用... 针对4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构的刚体动力学建模问题,基于拉格朗日方程建立冗余驱动并联机构动力学模型。首先,推导出4-UPS-RPU冗余驱动并联机构系统的动能表达式、势能表达式和作用于并联机构非保守力的等效广义力;然后,应用拉格朗日法建立4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的动力学模型,为并联机构驱动力的求解以及整个机构的动力学分析奠定基础;最后结合算例,采用Matlab编程对动力学模型进行数值计算并绘制了机构驱动杆驱动力变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性。研究不仅为4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构动力学优化设计和控制等后续研究提供了理论依据,也为其他冗余驱动并联机构的动力学建模提供了可行的方法。 展开更多

关键词 冗余驱动并联机构 刚体动力学模型 拉格朗日方法 4自由度

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3-UPU冗余驱动并联机构采矿中的伴随运动消除（英文） 被引量：2

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作者 刘艳敏 张桂茹 姚宏 《机床与液压》 北大核心 2017年第12期112-117,共6页

3-UPU并联机构对运动副间隙较为敏感,容易形成奇异,当前方法对其奇异特性进行消除,存在并非正常的转动问题,也就是伴随运动,形成干扰。提出一种伴随运动消除方法,通过添加冗余驱动支链方法,消除3-UPU并联机构采矿中的干扰。对3-UPU并联... 3-UPU并联机构对运动副间隙较为敏感,容易形成奇异,当前方法对其奇异特性进行消除,存在并非正常的转动问题,也就是伴随运动,形成干扰。提出一种伴随运动消除方法,通过添加冗余驱动支链方法,消除3-UPU并联机构采矿中的干扰。对3-UPU并联机构存在的非期望转动问题进行强度评估,根据评估结果限制螺旋和伴随转动间的互易积非零,限制螺旋对伴随转动进行做功。得到伴随转动自由度运动的范数描述,依据范数检测误差限制对非期望转动的干扰幅度,通过添加冗余驱动支链的方法,消除并联机构采矿中的伴随运动。实验结果表明:采用所提伴随运动消除方法时的并联机构工作空间满足采矿升沉幅值以及位移的要求。 展开更多

关键词 3-UPU 冗余 驱动并联机构 采矿 伴随运动 消除

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柔索驱动并联加工机构的力学建模与分析 被引量：1

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作者 汤奥斐 李言 +2 位作者 郑建明 袁启龙 成小涓 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2014年第12期1803-1806,共4页

针对柔索驱动并联加工机构,着重分析了该系统的固有频率及动力学响应特性。构建了系统瞬态时在切削力作用下的振动模型,解算出系统的固有频率;研究了系统的切削力模型和该力作用下的系统响应问题,基于龙格库塔法对系统的受迫振动模型进... 针对柔索驱动并联加工机构,着重分析了该系统的固有频率及动力学响应特性。构建了系统瞬态时在切削力作用下的振动模型,解算出系统的固有频率;研究了系统的切削力模型和该力作用下的系统响应问题,基于龙格库塔法对系统的受迫振动模型进行数值求解.最后通过数值算例验证了该算法的可行性,并通过快速傅里叶变换(fast fourier transformation,FFT)将时域响应转变为频域解,分析了动平台质量和重心位置参数对系统稳定性的影响。 展开更多

关键词 柔索驱动并联机构 非线性切削力模型 模态分析 固有频率

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新型运动冗余驱动并联机构的控制方法 被引量：5

8

作者 李善锋 杨倩 《中国工程机械学报》 北大核心 2020年第2期119-124,共6页

对并联结构的运动轨迹进行准确、平稳的控制,有利于提高其工作效率。对此,设计了一种3-RPR冗余驱动并联机构控制方法。首先,在不同的两个坐标系中,利用移动副和转动副组成的3条支链,设计了一种3-RPR冗余驱动并联结构,以克服3-RPR非冗余... 对并联结构的运动轨迹进行准确、平稳的控制,有利于提高其工作效率。对此,设计了一种3-RPR冗余驱动并联机构控制方法。首先,在不同的两个坐标系中,利用移动副和转动副组成的3条支链,设计了一种3-RPR冗余驱动并联结构,以克服3-RPR非冗余驱动并联机构存在的奇点效应。求取了3-RPR冗余驱动并联结构中各驱动机构、关节点的速度以及加速度方程,以分析其运动学。然后,以预设轨迹和实际轨迹间的误差为依据,构建了滑膜面方程。利用滑膜面方程求取了参考速度与加速度,定义了自适应滑模控制器,求取了驱动力。最后,采用自适应滑模控制器与神经网络控制器对不同预设轨迹进行了追踪实验,在对简单预设轨迹追踪时,本文方法比神经网络控制器在水平、垂直方向上的追踪误差减少了48.15%和44.91%。在对复杂预设轨迹追踪时,本文方法比神经网络控制器在水平、垂直方向上的追踪误差减少了28.69%和28.80%。说明本文方法对3-RPR非冗余驱动并联机构的运动控制特性较好,能够对其运动轨迹进行准确的控制。 展开更多

关键词 3-RPR冗余驱动并联机构 滑膜控制 自适应滑模控制器 滑模面

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冗余驱动并联机构动力学模型TVC优化H∞鲁棒控制 被引量：4

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作者 王启明 苏建 +2 位作者 高大威 吕志超 宗高强 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期403-412,共10页

针对冗余驱动并联机构控制系统设计未结合动力学建模,未考虑伺服阀动、静态特性等问题,基于第二类Lagrange方程和流体力学动力学知识,对动平台及液压系统中机械、液压系统建模,建立电液伺服系统五阶传递函数模型,通过主导能量最优模型... 针对冗余驱动并联机构控制系统设计未结合动力学建模,未考虑伺服阀动、静态特性等问题,基于第二类Lagrange方程和流体力学动力学知识,对动平台及液压系统中机械、液压系统建模,建立电液伺服系统五阶传递函数模型,通过主导能量最优模型将其降为三阶模型。以此为控制对象提出了基于三矢量控制(Three vector control,TVC)反馈优化的H∞鲁棒控制策略(TVC-ROB),并与TVC前馈反馈控制、TVC反馈优化的模糊自适应PID控制(TVC-FAPID)两种控制策略在阶跃信号、线性扫频、实际武广谱路谱等进行对比分析。结果表明,TVC反馈的提出有效拓展了系统频宽,且提高液压系统阻尼比和固有频率,因此TVC-ROB在高频跟踪性能上改善较为明显,其位移误差百分比仅为1. 26%,且引入的H∞鲁棒控制提高了系统抗扰、抗噪性能。 展开更多

关键词 冗余驱动并联机构 动力学建模 降阶 TVC反馈 H∞鲁棒控制

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四索驱动并联机构的模态实验 被引量：1

10

作者 武云飞 汤奥斐 +2 位作者 郭晓玲 郑腾 纪磊磊 《西安理工大学学报》 CAS 北大核心 2018年第1期99-103,共5页

基于最小均方误差(LMS)测试分析系统对索驱动并联机构(WDPM)进行模态实验分析。测量索的振动位移,通过快速傅里叶变换(FFT)获得索的基频,从而标定出索的张力值,进而构建出平面四索驱动并联机构的有限元模型。基于LMS系统确定该机构的模... 基于最小均方误差(LMS)测试分析系统对索驱动并联机构(WDPM)进行模态实验分析。测量索的振动位移,通过快速傅里叶变换(FFT)获得索的基频,从而标定出索的张力值,进而构建出平面四索驱动并联机构的有限元模型。基于LMS系统确定该机构的模态测试方案,建立与实际模型相符的几何模型并进行动态测试。模态测试结果显示,有限元模型分析误差低于10%,因此,四索WDPM的有限元模型是合理的,进而为系统的结构优化和振动控制奠定了基础。 展开更多

关键词 索驱动并联机构 模态分析 有限元分析 LMS测试

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平面2-DOF过驱动并联机构控制系统设计

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作者 李云龙 何广平 《机床与液压》 北大核心 2014年第9期29-32,共4页

并联机构运动学控制器忽略了复杂的非线性动力学关系,因此控制器的实际性能往往有限。为此,以提高并联机器人的操作精度为目标,针对2-DOF并联机构,通过建立机构的动力学数学模型及刚度矩阵,设计了计算力矩控制器。基于计算力矩控制器的... 并联机构运动学控制器忽略了复杂的非线性动力学关系,因此控制器的实际性能往往有限。为此,以提高并联机器人的操作精度为目标,针对2-DOF并联机构,通过建立机构的动力学数学模型及刚度矩阵,设计了计算力矩控制器。基于计算力矩控制器的模型由于考虑了非线性补偿而极大地提高了其控制品质。通过实验将设计的控制器应用到2-DOF并联机构,仿真和实验结果验证了算法的有效性和正确性。 展开更多

关键词 过驱动并联机构 非线性动力学特性 计算力矩控制

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平面四索驱动并联机构的零点标定方法

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作者 郭晓玲 汤奥斐 张奔 《西安理工大学学报》 CAS 北大核心 2019年第4期479-483,共5页

针对一种2自由度的平面四索驱动并联机构的零点标定问题,提出了一种基于非线性最小二乘法的标定数据处理方法。首先,由运动学逆解模型建立四索驱动并联机构的零点误差模型,然后通过最小二乘法对标定数据进行处理,并给出了具体应用实例... 针对一种2自由度的平面四索驱动并联机构的零点标定问题,提出了一种基于非线性最小二乘法的标定数据处理方法。首先,由运动学逆解模型建立四索驱动并联机构的零点误差模型,然后通过最小二乘法对标定数据进行处理,并给出了具体应用实例。实验结果表明,该方法收敛速度快,在误差允许的范围内能够高精度地辨识出动平台的零点位置,进而为系统的实际控制和软件回零奠定了基础。 展开更多

关键词 索驱动并联机构 误差模型 最小二乘法 零点标定

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3PRS/UPS冗余驱动并联机器人刚度特性分布 被引量：11

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作者 郭江真 王丹 +1 位作者 樊锐 陈五一 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期500-506,共7页

设计提出了一种采用冗余驱动的3PRS/UPS三自由度并联机器人,并建立分析其机构模型.基于螺旋理论,对并联机器人进行运动学分析,通过分别针对机构的驱动和约束建立了雅可比矩阵,最后整合建立了包含冗余驱动在内的全雅可比矩阵.利用虚功原... 设计提出了一种采用冗余驱动的3PRS/UPS三自由度并联机器人,并建立分析其机构模型.基于螺旋理论,对并联机器人进行运动学分析,通过分别针对机构的驱动和约束建立了雅可比矩阵,最后整合建立了包含冗余驱动在内的全雅可比矩阵.利用虚功原理,结合并联机器人驱动副和约束副的柔度影响,推导得出了机构全刚度矩阵.同时,分析了机构在给定静载荷条件下的变形情况,总结出机构的空间变形分布规律.使用刚度矩阵的最小、最大特征值和运动刚度指标(KSI,Kinematic Stiffness Index)为机构刚度评价指标,对比和分析了引入冗余驱动前后对并联机器人刚度特性分布的影响,得出冗余驱动支链的引入可提高并联机器人特定方向的刚度和改善刚度分布的结论,为冗余驱动并联机器人优化设计和开发应用奠定基础. 展开更多

关键词 冗余驱动并联机构 螺旋理论 刚度特性 评价指标

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3-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵 被引量：8

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作者 姚裕 吴洪涛 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期75-78,共4页

简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状,提出一种新颖的基于5根柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论,直接推导出... 简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状,提出一种新颖的基于5根柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论,直接推导出在各柔索安装单分量力传感器时模型的感、测力变换雅可比矩阵。最后给出了数值算例,验证了该装置应用于风洞测力试验的有效性,为该测力装置应用于风洞试验奠定了基础。 展开更多

关键词 3-DOF转动 柔索驱动并联机构 风洞 运动学逆解 力雅可比矩阵

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含恰约束支链的驱动变胞机构构型综合与分析 被引量：5

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作者 胡旭宇 刘宏昭 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期383-390,共8页

不同于现有利用约束奇异和支链奇异实现的变胞并联机构,通过开启与锁死驱动副的方式,基于3-RRR球面机构(Sm),利用螺旋理论提出了一类含主动混联恰约束支链的多模式驱动变胞并联机构。针对所综合的3-SPS/SmPU驱动变胞并联机构,根据螺旋... 不同于现有利用约束奇异和支链奇异实现的变胞并联机构,通过开启与锁死驱动副的方式,基于3-RRR球面机构(Sm),利用螺旋理论提出了一类含主动混联恰约束支链的多模式驱动变胞并联机构。针对所综合的3-SPS/SmPU驱动变胞并联机构,根据螺旋理论分析机构各构态的自由度,利用机构的结构特征和几何约束关系建立其运动学模型。此种通过开启与锁死驱动副实现并联机构变胞的方法也适用于其他变胞并联机构的构型综合,其变胞方式简便易行,全构态逆运动学求解简单,且该类变胞并联机构可有效避免变胞过程中的约束奇异和支链奇异。 展开更多

关键词 驱动变胞并联机构 主动混联恰约束 3-RRR球面机构 螺旋理论

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