基于Grassmann线几何理论的并联髋关节试验机奇异位形研究

并联髋关节试验机的核心运动模块采用3SPS+1PS空间并联机构,由定、动平台及连接两平台的3根SPS支链和1根PS支链构成,具有3转动自由度和1平动自由度。并联机构的奇异特性对其工作性能有着重要影响,因而须对该髋关节试验机的相关性质进行研究。建立基于Rodrigues参数的机构静力学模型,得到静力学转换矩阵的一般表达式,并推导出与6条用于Grassmann线几何分析的直线相对应的Plücker矢量。通过分析各线簇秩的空间分布特点,得到许多新颖的奇异位形,并推导出机构处于奇异位形时的各种约束方程。通过数值仿真,得到线簇秩从1到5的各奇异位形对应的奇异轨迹。髋关节试验机奇异位形的研究对其工作空间分析、机构尺寸优化和控制系统设计具有重要的意义。

并联仿生髋关节试验机的轨迹跟踪控制研究

针对所设计的3SPS+1PS型并联仿生髋关节试验机,利用拉格朗日方程建立了试验机的解析动力学模型。基于所建立的动力学模型,利用增广PD控制策略,设计了并联试验机基于工作空间的多输入/多输出控制器,并用于试验机动平台的轨迹跟踪控制。将增广PD控制的试验结果与PD控制的结果进行对比,可看出利用增广PD控制器可在一定程度上改善试验机动平台的轨迹跟踪精度。