基于并联机构的多自由度力加载系统研究

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1、硕士学位论文基于并联机构的多自由度力加载系统研究RESEARCHONMULTI-DEGREEOFFREEDOMFORCELOADINGSYSTEMBASEDONPARALLELMECHANISM尹鹏哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP271.31学校代码：10213国际图书分类号：681.527.08密级：公开工程硕士学位论文基于并联机构的多自由度力加载系统研究硕士研究生：尹鹏导师：黄其涛副教授申请学位：工程硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP27

2、1.31Schoolcode:10213U.D.C:681.527.08Securityclassification:publicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMULTI-DEGREEOFFREEDOMFORCELOADINGSYSTEMBASEDONPARALLELMECHANISMCandidate：YinPengSupervisor：AssociateProf.HuangQitaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpe

3、ciality：MechatronicEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要航天器在太空飞行过程中，空间对接机构起到了连接各舱体的至关重要的作用。为了维持航天器稳定的飞行状态，空间对接机构组合体将会长时间承受多个自由度方向的力和力矩。为了保证对接机构组合体在轨运行时的可靠性，在对空间对接机构的设计过程中，需要在地面进行对

4、接机构组合体多自由度加载疲劳测试。本课题以对接机构组合体疲劳寿命试验台项目为依托，对并联多自由度力加载试验系统进行了研究。不同于以往大多数的多维力加载系统，本文的创新之处首先在于设计并验证了一个全新的并联加载结构，并设计了基于驱动力闭环的控制方法，通过反解对接机构组合体受到的力和力矩，求出各加载液压作动器所要输出的力，通过精确控制各加载液压作动器的输出力来实现对接机构组合体的疲劳加载；本文另外一个创新点为通过仿真软件分析了负载刚度变化对多自由度加载系统的加载性能的影响，并且模拟了加载系统加载力的耦合特性，对科研项目以及工程实践具有指导性的意义。本文首先介

5、绍了基于正交六自由度并联平台的多轴加载系统的基本构造以及加载原理。根据性能指标要求所设计的这种正交并联机构可以同时向对接机构组合体精确施加给定的六个自由度的力和力矩。其次，针对所采用的加载机构的机械结构，建立了加载系统的运动学模型，然后进一步求解出了其动力学方程，并且利用MatlabSimulink软件建立了多自由度加载系统的六维力和力矩的反解模型。之后，本文对加载液压作动器力闭环系统进行了建模和分析，建立了阀控液压缸驱动力闭环系统的详细模型，并对力闭环系统进行了仿真分析。设计了单缸力闭环控制器以提高驱动力闭环控制系统的稳定性。为了建立本文所研究的并联加

6、载系统的完整模型，本文利用动力学仿真软件ADAMS对加载系统的机械系统进行了建模，并且利用模拟负载代替对接机构进行仿真分析。最后利用Matlab软件和ADAMS软件对所研究的并联六维力加载系统进行了联合仿真分析。实现了该并联多轴加载系统的静态和动态加载仿真，并且分析了对接机构刚度的变化对整个系统的影响，分析了该并联多轴加载系统各自由度间力耦合特性，为今后的力解耦控制研究奠定了一定的基础。关键词：并联机构；六维力加载；联合仿真分析；负载刚度对加载的影响；力加载耦合特性IAbstractAbstractInspaceflightofthespacecraft

7、,spacedockingmechanismplaysacrucialroleofconnectingthecabin.Inordertomaintainthestableflightstateofthespacecraft,thespacedockingmechanismwillbeartheforceandmomentofthemultipledegreesoffreedominalongtime.Inordertoensurethereliabilityofthedockingmechanismcombinationonorbitworking,i

8、nthedesignprocessofspacedockingmechanism