当前位置>主页 > 期刊在线 > 智能制造 >

智能制造23年6期

6-RUS 并联机构动力学建模与分析
苏勃赫,周万勇,石婉莹,张文瑞,张琦
(北华航天工业学院 电子与控制工程学院,河北 廊坊 065000)

摘  要:提出一种可以作为多自由度隔振平台良好构型的 6-RUS 并联机构,通过矢量求导法得到速度雅可比矩阵,利用动能定理求解并联机器人质量矩阵,对由 N 个刚体组成的系统与刚性杆分别进行虚功分析,并采用此方法对该机构进行动力学建模与分析。代入结构参数进行数值仿真,得到 6-RUS 并联机构三维仿真图和驱动力矩。研究结果为后续实现对多自由度隔振平台的动力学实时控制提供了理论依据。


关键词:并联机构;雅可比矩阵;虚功原理;动力学建模



DOI:10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.06.036


中图分类号:TP391.9;TH113.2                           文献标识码:A                               文章编号:2096-4706(2023)06-0143-06


Dynamic Modeling and Analysis of 6-RUS Parallel Mechanism 

SU Bohe, ZHOU Wanyong, SHI Wanying, ZHANG Wenrui, ZHANG Qi

(School of Electornic and Control Engineering, North China Institute of Aerospace Engineering, Langfang 065000, China)

Abstract: A 6-RUS parallel mechanism that can be used as a good configuration for a multi-degree-of-freedom vibration isolation platform is proposed. The velocity jacobi matrix is obtained by the vector derivative method, the parallel robot mass matrix is solved by using the kinetic energy theorem, the system consisting of N rigid bodies with rigid rods is analyzed for virtual work separately. And this paper uses this method to product dynamic modeling and analysis of the mechanism. The structural parameters are substituted for numerical simulation to obtain 3D simulation diagram and driving moments of the 6-RUS parallel mechanism. The research results provide a theoretical basis for the subsequent realization of the dynamics real-time control of the multi-degree-of-freedom vibration isolation platform.

Keywords: parallel mechanism; jacobi matrix; principle of virtual work; dynamic modeling


参考文献:

[1] 黄昔光,何广平,谭晓兰,等 . 并联机器人机构研究现状分析 [J]. 北方工业大学学报,2009,21(3):25-31.

[2] 赵辉 . 一种新型三支链六自由度并联机构动力学及性能分析 [J]. 机床与液压,2015,43(15):53-56+74.

[3] 李东 .Stewart 并联机器人的动力学建模与柔顺控制策略[D]. 长春:吉林大学,2021.

[4] 于大国 . 基于并联机构的多维隔振平台设计理论与应用研究 [D]. 镇江:江苏大学,2009.

[5] 谢志江,吴小勇,张军,等 .3-PPR 并联机构动力学建模与分析 [J]. 机械传动,2017,41(5):53-58.

[6] 杜金钊 . 面向实时控制的 Delta 并联机器人动力学计算模型研究 [D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2016.

[7] MIRSHEKARI E,GHANBARZADEH A,SHIRAZIA K H. Structure Comparison and Optimal Design of 6-RUS Parallel Manipulator Based on Kinematic and Dynamic Performances [J].Latin American Journal of Solids and Structures,2019,13(13):2414-2438.

[8] 于影,孟庆鑫,王立权,等 . 用 6-RUS 型并联机构实现海上补给自动对接的关键技术 [J]. 机器人,2011,33(1):28-34.

[9] 张典范,屈筱曼,程淑红 . 一种新型激光测量台的静力学分析 [J]. 计量学报,2017,38(6):735-739.

[10] TSAI L W. Solving the Inverse Dynamics of Parallel Manipulators by the Principle of Virtual Work [C]//25th Biennial Mechanisms Conference.Atlanta:ASME,1998.DOI:10.1115/DETC98/MECH-5865.

[11] 钟英英,楼云江,徐毅 . 并联机构动力学建模及控制研究 [J]. 机电工程,2009,26(4):5-8+21.

[12] KIM S,KWON S. Dynamic modeling of a two-wheeled inverted pendulum balancing mobile robot [J].International Journal of Control,Automation and Systems,2015,13(4):926-933.

[13] 屈筱曼 . 基于 6-RUS 并联机构的激光测量台性能分析[D]. 秦皇岛:燕山大学,2016.

[14] 马光,周万勇,汪杰,等 . 六自由度并联平台多轴运动控制系统设计 [J]. 机床与液压,2020,48(5):1-5.

[15] XU C,YU X. Mathematical modeling of elasticinverted pendulum control system [J].Journal of Control Theory and Applications,2004,2(3):281-282.

[16] 王强 . 新型磁流变阻尼器与六轴半主动隔振系统研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2015.

[17] 马晓丽,尹小琴,马履中,等 . 新型 4 自由度并联机构的动力学建模与分析 [J]. 江苏大学学报:自然科学版,2007(5):377-380.

[18] 廖勇 . 基于磁流变液阻尼器的六自由度隔振系统设计、建模与测试 [D]. 南京:南京理工大学,2019.


作者简介:苏勃赫(1996—),男,汉族,河北张家口人,硕士研究生在读,主要研究方向:工业机器人系统设计;通讯作者:周万勇(1971—),男,汉族,北京人,副教授,博士,主要研究方向:工业机器人系统设计。