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浙江工业大学李研彪教授团队:基于刚柔耦合模型的5PSSUPU

发布时间:2022-09-29 03:37:19 来源:天天游戏官网下载 作者:天天游戏体育

  为了改善因支链弹性变形导致的并联机构输出精度低的问题,提出一种基于有限元的动态精度分析方法,得到分支连杆的横截面积、弹性模量和动平台质量与动态精度的映射关系,为并联机构参数设计提供了理论依据。

  本研究采用封闭矢量法建立误差模型,通过数值模拟定量分析了并联机构各误差源对其动态精度的影响。针对并联机构的结构和误差特点,在整个运动过程中采用矢量法标定,以减少几何误差所导致的位姿误差。然后,考虑支链定长杆的弹性变形,结合有限元法与拉格朗日法建立各支链的刚柔耦合动力学方程。根据各运动部件的约束条件得到并联机构整机的弹性动力学模型,并通过HYPERMESH、ANASY和ADAMS等软件联合仿真验证了机构刚柔耦合动力学模型的正确性。此外,利用Newmark方法研究了构件柔性对移动平台位移、速度和加速度无量纲均方根误差的影响,并进一步研究了横截面积、弹性模量和动平台质量无量纲均方根误差与动态精度的映射关系。

  采用矢量标定算法对5-PSS/UPU并联机构进行参数辨识。根据并联机构的实际结构尺寸得到不同的位置参数,用来代替实际测量的位置参数。通过辨识得到的实际结构尺寸参数和机构尺寸参数作为矢量标定计算的输入和输出,得到的各误差源标定精度为93.42%、90.06%、88.89%、91.61%、92.50%、94.65%、95.44%和93.37%,表明了标定法的有效性。借助所提的算法标定并联机构动平台的位姿误差,在固定坐标系下,沿X轴、Y轴和Z轴方向的位置误差分别降低了93.5%、92.5%和91.7%,而绕三个方向的角度误差降低了93.6%、91.2% 和86.8%。

  采用封闭矢量法建立误差模型,基于误差模型定量分析各误差源对并联机构的动态精度影响,借助矢量法标定各误差源能够显著地降低几何误差对动态精度的影响。此外,在刚柔耦合动力学模型的基础上,定量分析可得:并联机构动平台的位置、速度和加速度的无量纲均方根误差与截面积、定长杆弹性模量和动平台质量均呈正比,该结论可为机构参数设计提供理论依据。

  该研究成果能够适用于其他类型机器人柔性动力学模型建立、动态精度分析以及机构尺度参数优化设计。

  李研彪, 男,河北保定人,博士,教授,主要从事精密加工与机器人技术方面的研究。入选浙江省新世纪151人才工程,现任浙江工业大学科学技术研究院副院长,获得浙江省杰出青年基金项目资助和浙江省研究生教育学会教育成果奖一等奖。

  [7]李研彪,王泽胜,孙鹏,等.一种四自由度冗余串并混联拟人机械臂的动载协调分配优化[J].机械工程学报,2020,56(09):45-54.

  [8]王泽胜,李研彪(通讯作者),罗怡沁,等.七自由度冗余混联机械臂的动力学分析[J].浙江大学学报(工学版),2020,54(08):1505-1515.

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