多能域过约束并联机器人系统动力学建模方法

作     者：李永泉 宋肇经 郭菲 单张兵 张立杰 LI Yongquan;SONG Zhaojing;GUO Fei;SHAN Zhangbing;ZHANG Lijie

作者机构：燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室秦皇岛066004 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学)秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2016年第52卷第21期

页      面：17-25页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51405421 51275438) 河北省自然科学基金(E2015203101)资助项目 

主　　题：动力学建模 过约束 旋量键合图 并联机构 多能域 

摘      要：采用旋量键合图建立球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统动力学模型,该方法相对传统力学原理动力学建模方法的优点是建模过程规则化,能够得到适合于现代控制理论的空间并联机构状态方程。所建动力学模型只有36个方程,但由于被动过约束(公共约束和冗余约束)和主动过约束(冗余驱动)的存在,共有43个未知量需要求解。为此,针对被动过约束问题,分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量,增加了6个变形协调补充方程;针对主动过约束问题,提出了采用输入力优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的多能域系统动力学全解模型。通过数值算例,验证了该方法的可行性和合理性。该方法可以推广到其他包含机、电、液、气的多能域过约束并联机器人系统,为该类多能域机器人系统动力学建模分析提供了一种新的思路。