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《绳牵引并联机构拉力分布的优化-汪选要》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第30卷第3期燕山大学学报Vol.30No.32006年5月JournalofYanshanUniversityMay2006文章编号：1007-791X(2006)03-0189-05绳牵引并联机构拉力分布的优化汪选要1，曹毅2，张文祥1，黄真3（1.安徽理工大学机械工程系，安徽淮南232001;2.江南大学机械工程学院，江苏无锡214063；3.燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004）摘要:从理论上解决了应用于飞行器风洞试验的绳牵引并联机构拉力分布的优化问题。由于绳只能承受拉力，因此机构的运动控
2、制必须实时计算各绳的拉力。以往学者将绳拉力的优化归结为一个线性规划问题并采用迭代法进行求解，而迭代法不仅计算速度慢，且无确定的优化解。为此，建立了基于影响系数的协调方程和能量最优解析方程，使拉力分布的最优解呈显式表示。关键词:绳牵引；超确定输入；拉力分布优化；能量最优解析中图分类号：文献标识码：数进行分析，而采用绳牵引并联机构就方便多了2。0引言绳牵引并联机构作为一种新型的并联运动机1机构的结构模型构，具有结构简单、惯性小、平动空间大和运动速六自由度绳牵引圆柱状飞行器的并联机构是度快等优点。从20世纪90
3、年代初至今，美国、日[3-4]一种抽象结构模型，飞行器为动平台，动平台本、德国、意大利、加拿大、南朝鲜和法国等国的设计成圆柱形，由7根绳驱动。动平台的前端面由研究人员纷纷开展这方面的研究工作，并取得了一3根绳牵引，后端面由4根绳牵引。动平台前、后批瞩目的研究成果。特别是法国国家航空局支持的端面的球铰绕圆周均匀分布。固定风洞上的滑轮分SACSO项目关于绳牵引并联机构应用于飞行器风布在一个大圆柱面上，其中与动平台前端面相连接洞试验的研究，为风洞飞行器的模型支撑技术提供的3个滑轮绕圆周均匀分布在大圆柱的前端面上
4、，了一个崭新的方法1。虽然绳牵引并联机构目前还与动平台后端面相连接的4个滑轮绕圆周均匀分未大量投入实际应用，但从已经获得的研究成果可布在大圆柱的后端面上(见图1)。以预测到，这种机构在飞行器风洞试验中具有诱人的应用前景2。六自由度绳牵引并联机构应用于飞行器模型风洞试验具有以下优点：1)传统的风洞要靠特殊支架来改变模型的状态，对原系统稍加改造便可采用控制牵引绳的长度来实现模型姿态的变化；2)支架本身对空气流场干扰较大，而采用绳牵引则可将此影响降低到最低程度；3)在风洞条件许可的情况下，模型可尽量做大一些，因
5、为与传统的支架相比，绳牵引对其姿态的控制要容易得多；4)传统图1圆柱状飞行器风洞试验的结构模型的风洞不容易对飞行器的姿态角处于耦合状态时Fig.1Onestructuralmodelofcylindricalaircraftinwindtest(如既有roll,又有pitch和yaw)的一些动力学参收稿日期：2005-03-10作者简介：汪选要(1980-)，男，安徽庐江人。主要研究方向为并联机器人机构学理论。190燕山大学学报2006设机构的笛卡儿直角坐标系为，其中>0,超确定的输入坐标系位于大圆柱的前
6、端面，坐标原点位=0,确定的输入于圆123的圆心，绳在固定平台上的连接点<0,亚确定的输入(,,)(=1,2,⋯,7)的位置分布见图2。设动对于超确定输入，可以达到省力、省能以及减少平台的动坐标系位于圆123上，坐标原电机的设计容量，从而改善机构的动力性能等。点(这里动平台的参考点也设为飞行器模型的但是独立的输入力或力矩多于自由度数时，处理重心)位于圆123的圆心。绳在动平台上的连接点不好可能发生干涉，过多消耗能量，也可能引起(,,)(=1,2,⋯，7)的位置分布见图3。动损坏；处理得好，可以达到优化目的
7、。为了达到平台参考点在固定坐标系的位置坐标表优化目的，首先各输入之间要协调，以实现要求示为:(,,)，其姿态坐标可用动坐标系的运动；同时输入多了，如何分配能量，实现一相对于固定坐标系的旋转角些最优化问题。对于由根绳牵引自由度为的机(Roll)、俯仰角(Pitch)和偏转角(Yaw)表示，即构分析如下(>)。(,,)。用(,,)表示动平台相对于固定2.2超确定输入的协调方程平台的旋转矩阵，即分别绕固定轴线、和的顺序转动、和。绳牵引并联机构动平台上作用的外力有动平台的自重及作用于其上的外力负载，动平台上的外力
8、及外力矩(包括惯性力)经向质心简化后为一个六维力矢量，记为。=,,;,,T机构中每根绳的自重及其上作用的外力螺旋，记为=;。此外，作动态静力学计算还应考虑每根绳的惯性力螺旋，用=;表示(=1,2,图2绳在风洞上连接点的位置分布示意图,)Fig.2PositiondistributingconnectionpointinwindtunnelT=(1)0式中，为第根绳关于原点为质心且与固定坐标系平行的坐标系的3阶惯量矩阵；为6阶惯
