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1、ISSN100020054清华大学学报(自然科学版)2007年第47卷第8期18ö33CN1122223öNJTsinghuaUniv(Sci&Tech),2007,Vol.47,No.8132521329冗余并联机床驱动力优化解析邵华,关立文,王立平,吴军(清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)摘要:驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇奇异性问题的有效方法之一。异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由在冗余驱动并联机构的控制中,需要建立能够度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础[1]高效快速解算的动力学模型。
2、杨建新等利用上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链Newton2Euler法建立了一种冗余并联机构的动力的合力ö力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,[2]学模型,但计算复杂。Zhang等利用虚功原理推导并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动了串ö并联机构的一种计算效率高的动力学模型,但力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而线性程度不高,不适用于动力学参数辨识。能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的[3]动力学参数辨识以及动力学控制。Codourey等提出了基于虚功原理建立机构的线性
3、化格式动力学方程的一种方法。在其基础上,关键词:驱动冗余;并联机构;驱动力优化;动力学分析[4]Grotjahn等利用虚功原理推导了一种6自由度并中图分类号:TH703.5文献标识码:A联机床的动力学模型并应用于控制策略中,实验结文章编号:100020054(2007)0821325205果验证了动力学算法的有效性。由于冗余驱动中驱动数大于自由度数,驱动力Driveforceoptimizationfora分配理论上具有无穷多解,需要根据一定的优化目redundantparallelmachine[5]标对驱动力进行在线优化。蔡胜利等对平面冗余SH
4、AOHua,GUANLiwen,WANGLiping,WUJun并联机构驱动力进行了输入力优化及能耗优化。(DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology,本文针对一台4自由度冗余并联机床,在进行TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)运动学分析的基础上,利用虚功原理建立系统的动Abstract:Redundantactuationcaneffectivelyeliminatesingularities力学模型,并将其转换为线性形式以适用于动力学inthetasks
5、paceofaparallelmanipulator,butthedriveforcedistributionisnotuniquebecauseoftheredundantactuation.This参数辨识,然后对驱动力分别进行了以力最小和能paperpresentsananalysisoftheredundantactuationofa4degreeof量最小为目标的优化,并通过数值仿真进行了比较。freedomparallelmachine.Aninversekinematicanalysiswasusedtocalculatethepar
6、tialangularvelocitymatrixandthepartialvelocity1动力学模型matrixforeachlinktocalculatetheresultantforceandtorqueoneachlink.Theinversedynamicsequationwasthendevelopedbased1.1运动学分析onthevirtualworkprincipleandthenlinearized.Thedriveforce图1为一种4自由度冗余并联机床,该机床由wasthenoptimizedusingforceopt
7、imizationandenergyoptimizationduetotheredundantactuation.Theforceoptimizationmethodis3自由度平面冗余并联机构和平移工作台组成。冗moreefficientwhiletheenergyoptimizationmethodgivesalower余并联机构为该机床核心部分,是动力学分析与控maximumdriveforce.Thisdynamicmodelcanbeusedtoidentitythedynamicparametersandfordynamiccontro
8、l.Keywords:redundantactuation;parallelmechanism;driveforce收稿日
