一种标准六自由度并联机构全局优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种标准六自由度并联机构全局优化设计方法，考虑并联机构的负载特性，给出了满足局部最佳动态各向同性的标准Stewart并联机构结构参数设计方法。在此基础上基于模态分析理论提出了一种全局动态各向同性指标，采用该指标作为优化目标，通过优化结构参数实现了并联机构的具体参数设计。采用该发明专利技术设计的并联机构，不仅实现了控制中心的完全解耦及动态各向同性，而且保证了全域工作空间内的最优性能。该发明专利技术从结构设计角度消除了并联机构的本征耦合特性，提升了并联机构性能，从而放宽及降低了工业中为了提升控制性能对并联机构复杂控制策略的需求。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种标准六自由度并联机构全局优化设计方法，其特征在于，方法如下：步骤1：确定系统雅克比矩阵根据负载特性Mt，计算满足最佳局部动态各向同性的中位雅可比矩阵Jl，x：Jl,x=ln,1Tv1Tln,2Tv2Tln,3Tv3Tln,4Tv4Tln,5Tv5Tln,6Tv6T---(1)式(1)中：ln,i=cos(γi)cos(βi)cos(γi)sin(βi)sin(γi),vi=rsin(αi)sin(γi)-cos(αi)sin(γi)cos(γi)sin(βi-αi)标准六自由度并联机构的结构参数包括：欧拉角αi、欧拉角βi、欧拉角γi、半径r，上述参数满足约束条件：γi=γ，i＝1…6α1=α0,α3=α1+23π,α5=α1-23πα6=-α1,α2=α6+23π,α4=α6-23πβ1=β0,β3=β1+23π,β5=β1-23πβ6=-β1,β2=β6+23π,β4=β6-23π负载特性Mt＝[mx?my?mz?Ixx?Iyy?Izz]应满足：mx=my=mz=m，Ixx=Iyy；mx为沿x方向质量参数，my为沿y方向质量参数，mz为沿z方向质量参数，Ixx为沿x方向惯性参数，Iyy为沿y方向惯性参数，Izz为沿z方向惯性参数；参数α0、β0、γ、r满足约束条件：β0=α0±π2γ=arctanIxxIzz4r=Ixxm/tanγ步骤2：选择优化参数给定支腿长度l及欧拉角α0则给定并联机构的结构参数，故选择优化参数为：支腿长度l、欧拉角α0；采用单参数优化，每次优化取上述各参数其中之一；步骤3：结构参数计算对并联机构的结构参数设计实质为根据步骤1中获得的中位雅可比矩阵Jl，x求取上下平台铰点空间阵A和B；上平台铰点空间阵：下平台铰点空间阵：B=[b1?b2?b3?b4?b5?b6]为上平台各铰点空间矢量，bi为下平台各铰点空间矢量i＝1，2…6；计算过程如下：aim=rcos(αi)sin(αi)0L0=l·[ln，1?ln，2?ln，3?ln，4?ln，5?ln，6]B=A?L0步骤4：建立全局动态各向同性指标ηg(α0,l)=Σi=1,j=16hi,jHLi,j236---(3)其中hi，j为权重系数，0≤hi，j≤1，HL为模态灵敏度矩阵：其中：△为相应自由度上的摄动量，如Δx=[ε?0?0?0?0?0]T，ε为一微小摄动量，ε=10?5；GT(x)=Mt-1Jl,xT(x)Jl,x(x)雅可比矩阵Jl，x(x)：Jl,x(x)ln,1T(Ta1m×ln,1)Tln,2T(Ta2m×ln,2)T......ln,6T(Ta6m×ln,6)T---(5)其中：ln，i为各支腿空间单位矢量，i＝1，2…6；ln,i=li||li||=Tai+c-bi||Tai+c-bi||平动矢量c=[x?y?z]Tc表示cos，s表示sin；步骤5：生成优化曲线首先令欧拉角α0=0，绘制曲线f=ηg(0，l)，并寻找最值lmin，其次固定参数lmin，绘制曲线f=ηg(α0，lmin)，并寻找最值α0min；步骤6：校核检验设计的结构参数是否存在干涉，若存在，返回步骤5重新对参数进行优化；步骤7：结束。FSA0000098297320000021.tif,FSA0000098297320000022.tif,FSA0000098297320000025.tif,FSA0000098297320000026.tif,FSA0000098297320000031.tif,FSA0000098297320000032.tif,FSA0000098297320000033.tif,FSA0000098297320000034.tif,FSA0000098297320000035.tif,FSA0000098297320000036.tif,FSA0000098297320000038.tif,FSA00000982973200000310.tif,FSA00000982973200000312.tif...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田体先，姜洪洲，佟志忠，何景峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：