冗余驱动闭链弓形五连杆动力学建模与仿真

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1、分类号TS102.54学校代码10495ＵＤＣ677密级公开硕士学位论文冗余驱动闭链弓形五连杆动力学建模与仿真作者姓名：王占坤学号：1515033007指导教师：余联庆教授学科门类：工学（学术硕士）专业：机械工程研究方向：机械电子工程完成日期：二零一八年三月WuhanTextileuniversityM.E.DissertationDynamicsModellingandsimulationforClosedFive-bow-shaped-barLinkagewithRedundantActuationCandidate：ZhankunWangSupervis

2、or：Prof.LianqingYuTime:June2018独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解武汉纺织大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权武汉纺织大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇

3、编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要闭链弓形五连杆是一种依靠重力矩驱动的滚动机构，由五个相同的弓形杆件模块首尾串联而成；当杆件触地时，通过改变自身的形状，使其质心相对于触地杆件对应的虚拟圆滚动圆心发生偏执，产生重力偏执力矩来驱动机构翻滚。机构在翻滚运动的过程中会有峰值负载不断出现，如果单纯增加驱动器的额定功率，会导致系统质量和能耗的升高。冗余驱动通过协调分配驱动力矩，可以降低分支最大瞬时负载，但协调分配驱动力矩不当会影响功能

4、的实现甚至损坏设备。对于冗余驱动闭链弓形五连杆机构而言，动力学的研究不仅可以使主动关节的动力和功率分配更加均衡，还可以为机构的驱动器选择以及动态翻滚运动控制提供理论依据。于是，有必要研究该机构的冗余驱动方式。首先研究了闭链弓形五连杆机构的动态翻滚过程，建立该机构的运动学分析模型，分别对驱动杆件和约束杆件的速度、加速度进行分析，得到各杆件的加速度矩阵和角加速度矩阵，进而得到各杆件的合力及力矩；其次，建立该机构的牛顿—欧拉动力学方程，对方程求解可以得到含有未知变量的主驱动关节和冗余驱动关节的驱动力矩表达式。再次，采用伪逆法对各驱动力矩进行协调分配,使主驱动关节和冗

5、余驱动关节的瞬时驱动力矩2范数最小。最后，给定机构动态翻滚过程的关节轨迹，分别计算非冗余驱动和冗余驱动方式下的驱动力矩。计算结果表明，冗余驱动方式可以显著降低最大瞬时驱动力矩，且驱动力矩更加均衡。本文研究为闭链弓形五连杆机构的驱动器选择以及动态翻滚运动控制提供了理论支撑。关键词：闭链弓形五连杆；冗余驱动；动力学建模；驱动力矩协调分配；研究类型：基础研究AbstractClosedfive-bow-shaped-barlinkageisarollingmechanismdrivenbyheavytorque,Itismadeupoffiveidenticalbo

6、w-barmodulesfromtheheadtothetailinseries;Whentherodtouchestheground,thecentroidofthevirtualcircleisparanoidwiththevirtualcircleofthecorrespondingtouchdownbarBychangingtheirshape,andthegravitybiasedmomentisgeneratedtodrivethemechanismtoroll.Therewouldbeapeakloadunceasinglyduringthero

7、lling,iftheratedpowerofthemotorisincreasedsimply,itcouldleadtoariseinsystemqualityandenergyconsumption.Theredundantdrivercanreducethemaximuminstantaneousloadofthebranchbydistributingthedrivingtorqueinacoordinatedway,butitwouldaffecttheimplementationofthefunctionandevendamagetheequip

8、mentifitisUnsuitabl