柔索驱动并联机构系统模型解算与优化

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1、柔索驱动并联机构系统模型解算与优化Cable-DrivenParallelMechanismSystemModelCalculationandOptimization作者姓名：梁宁专业名称：机械制造及自动化指导教师：呼咏教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月摘要摘要柔索驱动并联机构系统模型解算与优化柔索驱动并联机构是一类新型特殊的并联机构。与传统的并联机构不同，其末端的工作平台通过柔索与固定端连接，通过各柔索协调伸缩实现其末端工作平台位置和姿态的调节。柔索并联机构具有以往并联机构不具备的优点，例如结构简单、机构质量轻、末端

2、平台工作空间大、构型易于重新配置等一系列的优点，因而受到国内外广泛的关注。本文以500米口径大射电望远镜项目为背景，研究柔索驱动并联机构系统，以六根驱动柔索和馈源舱为研究对象，以提高馈源舱位置和姿态的精度为目标，保证馈源舱能够在预定的轨迹上精确运动。本文完成的主要工作如下：馈源舱由柔索并联机构驱动在百米级以上空间内运动，柔索与悬挂在柔索上传输信息的缆线受到重力的影响，柔索本身会有明显的变形，用悬链线索形或抛物线索形可以相对更真实的表达出柔索的形状，从而保证柔索长度解算的精度。本文首先推导出适合柔索驱动并联机构系统的悬链线方程和抛物

3、线方程；其次通过对系统的力学分析，建立柔索并联系统的非线性静力平衡方程，得出悬链线索形和抛物线索形两种情况下的索力和索长表达式。对于欠约束并联机构来说，在空间的某一位置，通过改变各索长，馈源舱可以得到无数组姿态，同时也对应无数组索力、索长和姿态角。为了从这无数组解中得到唯一且合理的解，本文采用保证各索力均衡的优化分析方法找到一组最优解；并且提出了对馈源焦面进行离散的方法，对馈源焦面点的柔索索力、索长以及馈源舱姿态角进行了离散分析，判断出柔索并联机构的可控工作空间包含了整个馈源焦面，即所有离散点均存在满足约束条件的解；分析了悬链线索

4、形和抛物线索形下馈源焦面内的优化结果，并在停靠工况和跟踪工况下仿真分析了两种索形下的索力、姿态和索长，通过分析得出悬链线索形比抛物线索形更优；在上述工作的基础上，最后分析了索力偏差与姿态角偏差之间的关系，得出馈源舱的实际姿态偏离理想姿态越大，索力的偏差越大，索力的分配越不均衡，姿态角偏差与索力偏差是相辅相成的关系，同时也证明了采用各索力均衡的优化方法的合理Ⅰ吉林大学硕士学位论文性。关键词：柔索驱动；并联机构；力学分析；焦面离散；优化解算ⅡAbstractAbstractCable-DrivenParallelMechanismSy

5、stemModelCalculationandOptimizationCable-drivenparallelmechanismisanewspecialtypeofparallelmechanism.Differentfromtraditionalparallelmechanism,theendoftheworkingplatformisconnectedwithfixedendbyflexiblerope.Theworkingplatform’spositionandorientationisadjustedbycoordin

6、atingchangeoftheflexiblecablelength.Cable-drivenparallelmechanismhassomanyadvantagesthatconventionalparallelmechanismdoesnothave,suchassimplestructure,lightbodyweight,largeworkspace,easytoconfiguration,whichhavebeenrecentlyaddressedinnumerousresearches’focuson.Inthisp

7、aper,asthebackgroundoflarge-diameter500mradiotelescopeprojectresearch,asthesixflexibledrivecableandcabinofcable-drivenparallelmechanismsystemofstudy,inordertoimprovetheaccuracyofthepositionandorientationofCabin,themainworksareasfollows：Thecabin,whichisdrivenbycable-dr

8、ivenparallelmechanism,moveswithinhundredmetersofspace.Theflexiblecableandtheropesuspendedfromthecableareinfluencedbygravity,