空间刚柔耦合并联机构的逆动力学建模与控制

作     者：刘凉 赵新华 王收军 秦帅华 LIU Liang;ZHAO Xin-hua;WANG Shou-jun;QIN Shuai-hua

作者机构：天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室机械工程学院天津300384 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2018年第26卷第1期

页      面：95-104页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：天津市应用基础与前沿技术研究计划资助项目(No.17JCYBJC18300 No.14JCZDJC39100) 国家自然科学基金资助项目(No.51275353) 天津市教委科研计划资助项目(No.2017KJ259) 

主　　题：空间机器人 并联机器人 动力学 多体系统 控制策略 

摘      要：为了提高3-RRRU空间刚柔耦合并联机构的轨迹跟踪精度,提出了一种基于瞬态刚体校正法的逆动力学模型求解方法来构建该机构的非线性控制策略。首先,利用自然坐标法和绝对节点坐标法建立该机构的非线性逆动力学模型,它考虑了各支链柔性空间梁单元的剪切效应,并能描述柔性梁的大范围非线性弹性变形。然后,通过分析刚柔耦合动力学模型在求解过程中出现的相容性问题,结合自然坐标法与理想运动学模型,提出了瞬态刚体校正法并求出逆动力学模型的稳定数值因果解。最后,基于该数值解构建并联机构的非线性控制策略,通过仿真与实验验证了该方法的可行性与有效性。仿真与实验结果表明:逆动力学方程组的求解精度为10-6,约束方程的相容误差为10-8;与刚性并联机构的控制方法相比,该方法在圆形轨迹下的最大跟踪误差降低了0.465mm,圆度误差降低了0.416mm。结果表明:该求解方法解决了闭链机构多体动力学方程的违约问题,有效地改善了系统的综合收敛性能,所构建的控制策略提高了并联机构的轨迹跟踪精度。