索杆混合驱动并联机构稳定性分析

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绳驱动机器人在摄影、医疗、运输装载等范围均有普遍应用,本文设计研究了一种索杆混合驱动并联机构,针对其稳定性问题,提出了自己的解决方案,本文对机构平台进行了理论分析并验证了其合理性,以保证机构平台在预定的轨迹下完成工作。首先,基于虚位移理论,建立了索杆混合驱动并联机构的静力学模型,并推导了并联装置的静力学方程。通过对操作动平台运动轨迹的规划,使用软件对三根柔索的拉力和推杆电机推力大小变化进行了模拟仿真。其次,通过对并联机构雅可比矩阵和操作动平台运动时三根柔索张力变化情况的分析,对并联机构的奇异位形进行分类和判断。此外还推导出其工作空间点的判断条件,充分考虑了并联机构自身结构的限制因素,比如柔索的拉力上限,推杆电机的行程范围等,抓取满足条件的空间点,并得出索杆混合驱动并联机构的工作空间图像。再次,对索杆混合驱动并联机构展开了刚度研究,分别推导了并联装置的可控刚度、固有刚度和齐次刚度,并得出了并联机构的整体刚度矩阵。引入了三个刚度评价量度标准,比较了在推杆电机不同行程时刚度的变化,并总结出了并联机构刚度的变化规律。最后,经过对绳牵引机器人现有的稳定性策略研究,选取了主要影响因素,即绳索张力和机构刚度来综合评判机构的稳定性。通过推导,刚度矩阵的最小特征值可以很好的用来表示并联装置的刚度特性,因此选用柔索拉力和刚度矩阵的最小特征值作为索杆混合驱动并联机构的稳定性参数。通过对这两个因素进行量纲统一处理和加权后,模拟出了不同加权系数下的并联机构的稳定参数图像,并得出了理想的加权系数。
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