【摘 要】
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绳系并联机器人WDPR(Wire-driven Parallel Robot)支撑,作为一种新型的风洞试验模型支撑技术,具有气动干扰小、支撑刚度大、动态特性好等优点。然而,在风洞试验中,由于绳索的柔性,WDPR支撑的振动问题备受关注,但目前对其振动问题的研究极为少见。本文对WDPR支撑的振动特性进行了较为深入的理论和实验研究,获得了有价值的研究成果。根据Newton-Euler法,建立了八绳牵引的
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(基金编号分别为No11472234、No11702232和No11072207)
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绳系并联机器人WDPR(Wire-driven Parallel Robot)支撑,作为一种新型的风洞试验模型支撑技术,具有气动干扰小、支撑刚度大、动态特性好等优点。然而,在风洞试验中,由于绳索的柔性,WDPR支撑的振动问题备受关注,但目前对其振动问题的研究极为少见。本文对WDPR支撑的振动特性进行了较为深入的理论和实验研究,获得了有价值的研究成果。根据Newton-Euler法,建立了八绳牵引的绳系并联机器人WDPR-8的运动学和动力学模型;对WDPR-8进行模态理论分析,并利用锤击法进行了模态实验,为后续研究绳系并联机器人的振动问题奠定基础。提出了细绳阻尼测量的实验方法,并设计了实验装置,解决了细绳阻尼测量的困难,通过实验得到了不同参数下的绳阻尼比;分析了绳阻尼对绳系并联机器人动力学特性的影响,得出了绳阻尼对WDPR-8动力学特性的影响判据。对绳索的气动干扰进行了数值模拟;分析了不同流速下绳索的涡激振动;基于连续介质的Euler运动方程,建立了轴向运动绳的横向振动方程,对单根绳的参数振动问题开展研究,给出了绳发生共振的条件,为后续研究绳系并联机器人的耦合振动提供重要的理论基础。考虑飞机模型六自由度运动的激励下,静态绳索和轴向运动绳索的参数振动,以及飞机模型和绳索之间的耦合,建立了绳系并联机器人的非线性耦合振动方程;通过有耦合与无耦合振动的对比分析,阐明了考虑耦合效应的必要性;考虑飞机模型的振荡运动和绳的轴向运动,分析绳系并联机器人的耦合振动,揭示了绳系并联机器人的非线性振动特性。将WDPR-8样机安装于风洞中进行静态和动态试验,通过单目视觉和绳张力传感器测量,得到飞机模型位姿和绳张力的试验数据,将仿真结果和试验结果进行对比,验证了本文提出的绳系并联机器人耦合振动模型的有效性。本文的研究为应用于风洞试验模型支撑的绳系并联机器人的振动分析奠定了理论和实验基础,为绳系并联机器人的设计与优化提供了有效的分析工具,为探索绳系并联机器人的工程应用提供了理论依据。
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