紧凑型3-RRS并联机构运动学仿真及控制研究

针对传统的3-RRS并联机构在运动时,其主动件向机构外部转动时占用外部空间,不能合理利用机构内部空间资源的问题,设计了一种紧凑型3-RRS并联机构。根据紧凑型3-RRS并联机构运动学特性,对其进行了运动学分析,利用Simulink/SimMechanics工具箱搭建了该并联机构运动学仿真平台,对该机构的运动学模型进行了验证;同时,在Simulink/SimMechanics工具箱搭建了该机构的控制仿真平台,并采用均方根误差对该并联机构控制策略的优劣进行了评判。仿真及研究结果表明:该紧凑型3-RRS并联机构运动时,主动件可在机构内部转动并且运行平稳,动平台中心点轨迹连续平滑,运动学性能良好。

3-PRS并联机构的动力学惯量耦合特性分析

针对3-PRS并联机构动力学惯量耦合特性的问题,在关节空间中建立了机构的动力学模型,对机构主动支链之间存在的惯量耦合进行了研究。首先,给出了机构的运动学模型,针对动平台广义位姿、速度、加速度存在耦合的问题,分别通过约束方程、一阶影响系数矩阵、二阶影响系数矩阵,对其进行了解耦,并建立了各支链与动平台末端速度、加速度的映射关系,对机构运动学进行了仿真验证;其次,采用虚功原理建立了机构的动力学模型,并进行了仿真验证;然后,建立了机构在关节空间的动力学模型;最后,在机构的工作空间内,研究了惯量耦合特性评价指标随机构运动的分布规律。研究结果表明:在机构的工作空间内,在一定程度上,通过合理规划机构的运动范围,可以减小并联机构主动支链间的动力学惯量耦合强度。

一种人机交互执行器的动力学建模及重力补偿

执行器是实现人机交互的核心设备。提出一种应用于人机交互的直线电机直驱6-PSS并联机构。机构具有多自由度、高动态、轻量化的特点。基于牛顿-欧拉法建立了其动力学模型。根据动力学模型设计了重力补偿控制器,采用弹性阻尼模型模拟人手操作力对重力补偿效果进行仿真验证。结果表明,建立的动力学模型能够准确描述该执行器的特性,模型误差小于3.55%。经过重力补偿后,操作机构所克服的重力由2.028N降低为1.148×10^(-8)N。动力学模型与重力补偿控制器为实现高精度控制系统设计奠定了基础。