基于复合单叶双曲面的广义Stewart平台全局动态各向同性优化设计-论文.pdf

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第43卷第2期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVo1．43NO．22015年2月(NaturalScienceEdition)February2015文章编号：1000-565X(2015)02-0120-07基于复合单叶双曲面的广义Stewart平台全局动态各向同性优化设计术田体先姜洪洲何景峰佟志忠黄其涛(哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：标准Stewart平台对负载的苛刻要求使其无法实现完全动态各向同性，而基于复合单叶双曲面

2、的广义Stewart平台以解析形式给出了其满足局部完全动态各向同性的参数约束条件，打破了对负载特性的限制．为进一步衡量广义Stewart平台在大运动范围下的模态频率特性，文中基于模态分析理论，提出了一种新的全局动态各向同性指标；以此为优化目标，以局部完全动态各向同性解析条件为约束，提出了满足局部完全动态各向同性且在全域工作空间内具有最优全局动态各向同性的结构优化方法．设计实例表明，该方法为大运动范围Stewart并联平台的设计提供了新路线．关键词：单叶双曲面；全局动态各向同性；Stewart平台；优化设计中图分类号：TH113doi

3、：10．3969／j．issn．1000—565X．2015．02．018完全动态各向同性的并联机构意味着其在各自且=4L．实质上，=4这一约束条件在实际中由度方向上的加速度特性完全一致，具有最佳的控很难满足．制精度与动态响应，是从设计角度解决传统并联机为打破传统Stewart并联机构对负载的苛刻约构因本征强耦合特性导致的控制性能变差问题的根束条件，学者们提出了多种广义Stewart并联机构．本途径．如Mclnroy等提出了一类局部运动各向同性的Asadal1-2]首次对并联机构动态特性进行了量化镜像对称冗余Stewart并联机构的

4、设计方法；He分析；随后Yoshikawa提出了动力学操作度椭球等_9对旋转对称冗余Stewart并联机构的动态各向(DME)的概念，描述了机构在局部位姿下其惯量特同性进行了研究；而Jiang等“则基于单叶双曲面性与执行器末端加速度特性的关系，并给出了动力重新描述Stewart并联机构，并采用复合单叶双曲面学操作度系数(DMI)的定义，其物理意义为动力学形式构造出具有完全动态各向同性的广义Stewart并操作度椭球的长短轴比，反映了并联机构的动态各联机构；佟志忠等M进一步深入分析了基于单叶向同性；Ma等刮则进一步提出了动态条件数双曲

5、面广义Stewart并联机构的力各向同性、解耦中(DCI)指标并将其应用于结构优化设计中．心等问题，将其应用于隔振、精密跟瞄及六维力传感Jiang等提出了一种基于模态频率的动态各器领域．向同性指标，并证明了传统Stewart并联机构实现完然而，上述动态各向同性指标及其设计方法只全各向同性时要求负载转动惯量满足条件：Ix=Iyy适用于振动台或隔振平台等具有局部小工作空间的收稿日期：2014—07—24基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975055，51175100)Foundationitem：SupportedbytheNat

6、ionalNaturalScienceFoundationofChina(50975055，51175100)作者简介：田体先(1985一)，男，博士生，主要从事并联机构研究．E—mail：tiantixian@163．com十通信作者：姜洪洲(1971一)，男，教授，主要从事并联机构研究．E—mail：jianghz@hit．edu．ca第2期田体先等：基于复合单叶双曲面的广义Stewart平台全局动态各向同性优化设计121并联机构，而对于飞行模拟器等运动范围较大的并1．2数学描述联机构而言，则需考虑全局特性．由广义Stewart

7、并联机构的定义可知，6条支腿截至目前，针对并联机构全局特性的文献尚不按奇偶序号分为两组：01bl、03b3、05b5为一组，a2b2、多见，目前学者们主要采用的方法为将局部性能指。b、126b为一组．从数学角度而言，两组支腿实质上标在全域工作空间积分并取均值，这类方法计算位于复合单叶双曲面s和s：中，如图2所示．量大且结果受工作空间网格划分的影响．文中通过分析并联机构局部频率特性的导数信息，给出了一种新的全局动态各向同性指标，结合基于复合单叶双曲面的广义Stewart平台，给出了具有局部动态各向同性且全局特性最优的结构设计方法．1广

8、义Stewart平台结构描述1．1定义(a)广义Stewart并联机构的复合单叶双曲面形式由上、下平台及6条支腿组成并联机构，各支腿逆时针按照奇偶序号分为两组，奇序号支腿相同，偶序号支腿相同，分别位于上、下平台的两组同心圆内，且满足旋