绳索弹簧并联机构工作空间及运动控制分析

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1、Ｉ爲聲畫？种我■＾專硕±学位论文雜绳索弹黃并联机构工作空间及运动控制分析作者姓名桓指导教师炬Ｓ、职務段清娟亂教授申巧学位类别工学碰±Ｉ西安电子撇大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中待别加Ｗ标注和致谢中所罗列的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包當；为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并

2、表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。；本人签名：夺青超日期：三ｅ化／）、巧西安电子科技大学关于论文側授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知巧产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，著名单位为西安电子。同时本人保证科技大学。保密的学位论文在＿年解密后适巧本授权书。本人签名：聲；套惦导师签名：日

3、期：ｐＫｘｆ日期：学校代码10701学号1304121976分类号TP24密级公开西安电子科技大学硕士学位论文绳索弹簧并联机构工作空间及运动控制分析作者姓名：李清桓一级学科：机械工程二级学科：机械电子工程学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：段清娟副教授学院：机电工程学院提交日期：2015年11月WorkspaceandMotionControlAnalysisofCable-SpringParallelMechanismAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthed

4、egreeofMasterinMechatronicEngineeringByLiQinghuanSupervisor:DuanQingjuanAssociateProfessorNovember2015摘要摘要绳索并联机构由绳索全部或部分地代替传统并联机构的连杆而构成，其兼具并联结构和绳索驱动的优点，具有高精度、高负载、轻量化及结构紧凑等特点，并且可以实现高速作业。但由于绳索只能承受拉力而不能承受压力，故对绳索并联机构分析时，必须同时考虑运动和受力两方面的约束，绳索并联机构的工作空间不再只由绳长决定，绳索驱动的过程中还要同时保证每根绳索都保持张紧状态，所以在绳索长度确定的空间内的位姿点

5、并不都能满足绳索拉紧状态，因此绳索并联机构的工作空间得到了限制。如果增加驱动绳索，由于驱动绳索数目越多，绳索并联机构的驱动控制就变得越复杂。如果在绳索并联机构中引入弹簧组成绳索弹簧并联机构，并选择合适的弹簧参数和弹簧固定铰接点位置，不仅可以实现绳索驱动器与自由度数目相同的可控绳索弹簧机构，同时可以在不改变驱动绳索数目的情况下改善机构的结构性能。因此有必要对绳索弹簧并联机构的刚度和稳定性进行分析和研究。本论文从绳索弹簧并联机构的工作性能出发，着重研究弹簧的各项参数对绳索弹簧并联机构的刚度、绳索拉力分布的影响。同时对绳索弹簧并联机构在重心偏移情况下进行运动控制分析。本课题主要完成以下几方面的

6、工作：(1)建立绳索弹簧并联机构的结构模型，求解出绳索弹簧并联机构的力封闭工作空间，推导出机构刚度表达式和绳索拉力表达式，并计算出机构在所求的力封闭工作空间内的刚度分布以及在力封闭工作空间内各位姿点上绳索的拉力。(2)分析了弹簧固定铰接点位置、初始长度和刚度系数等弹簧参数对绳索拉力分布和结构刚度的影响，分别定义了绳索拉力分布指数和刚度分布指数，并将其作为评价工作空间性能的指标，将满足绳索拉力分布指数或刚度分布指数要求的位姿点组成的工作空间定义成可行工作空间。以同时满足绳索拉力分布指数或刚度分布指数要求的可行工作空间最大化为目标，利用遗传算法对绳索弹簧机构进行结构设计与优化设计。(3)在绳

7、索弹簧并联机构中引入被动导向偏转单元，即用沿直线轨道运动的滑块代替弹簧支链的固定铰接点，每个滑块再通过两根弹簧连接。研究被动导向偏转单元对可行工作空间工作性能的影响，通过对比加入被动导向偏转单元对机构的工作空间、刚度分布情况及绳索弹簧拉力分布情况等特性的影响，设计出合理的被动导向偏转单元的结构。(4)据绳索弹簧并联机构的结构特点，分别建立绳索弹簧并联机构在理想情况下的动力学模型和考虑动平台重力、重心变化时的动力学模型。针对考虑绳索弹