加减速运动条件下6-UPS型并联机床刚体动力学模型简化研究.pdfVIP

第39卷第11期 机械工程学报 v01．39NOII No玑 2oo3 2003年11月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING CHINESE 加减速运动条件下6．UPS型并联机床 刚体动力学模型简化研究+ 张立新汪劲松王立平 (清华大学精密仪器与机械学系北京 100084) 摘要：为解决刚体动力学模型的复杂性与控制系统的实时性之间的矛盾，对加减速运动条件下6一uPs型并联机床 刚体动力学模型的简化进行了研究。首先采用Newton．Euler法建立了并联机床的剐体动力学模型，将模型分解为 18项，并通过仿真分析了并联机床的剐体动力学特性。在此基础上，提出和检验了刚体动力学模型的简化策略。 检验结果表明，提出的简化策略具有计算效率高、简化误差小的特点，为并联机床的精确实时控制奠定了基础。 关键词：并联机床剐体动力学模型刚体动力学特性简化策略 中图分类号：TP242 台之间采用球铰联接。通过支链下段的伸缩运动可 0前言 以使动平台实现6自由度运动。 1．1刚体动力学模型分解 并联机床各支链之间的强烈耦合作用给机床的 在空载和忽略摩擦的条件下，由Ne讯on．Euler 运动控制带来了很大困难。为提高控制精度，并联 法可以得到如下形式的并联机床刚体动力学模型。 机床的刚体动力学模型被引入到控制系统中【l“。然 ，=D一日一1C (1) 而并联机床的刚体动力学模型非常复杂，致使动力 盘啐F=V。k气{、气心 学求解无法满足控制系统的实时性要求，因此许多 D=p。d2以d。以d。】r 学者在建模时忽略了支链的质量【l“。相反地，”，J d。=一，，·0m+厶) 指出需要通过计算来确定是否可以忽略支链的质 HI＼l～1213 14 15 量，Dasgupta和Mnltll”njayal6】的研究表明支链的 l孽lב鼋2。，2窖3×屯窖4×厶窖5×毛 重力和惯性力将达到驱动力的20％一50％。 将精确的刚体动力学模型引入到控制系统中， 矾+‘+∑七l f司 是精确控制并联机床的基础。然而为满足实时性要 C= 6 求，在现有技术条件下必须对模型实施简化。如果 ，p×昂+，pב+f，+∑Q，×t) 简化过度，则将引起较大的简化误差，导致控制精 度下降。如何简化刚体动力学模型成为并联机床精 t，=k×国。+厶)+rfd×国。+厶)+‰+‰】ב／厶 确实时控制研究急待解决的关键问题之一。为此， f——第f条支链的驱动力标量 以6．uPs型并联机床为对象，对加减速运动条件下 ‘，厶——第f条支链的单位矢量和长度 并联机床刚体动力学模型的简化进行了研究。 ‰，D——从动平台参考点到第f个球铰中心和 动平台质心的矢量 1并联机床的刚体动力学模型 ‰，，fd