高頻六自由度并聯(lián)機構的分析及結構參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、液壓驅動的Stewart平臺目前已經廣泛應用在了許多領域中，然而由于其自身結構特點，使得它的工作頻段較低，限制了這種機構在高頻運動領域的應用。本文旨在研究典型Stewart平臺的工作頻率限制因素，并基于分析結果進行有針對性的改進，提出一種新的高頻六自由度并聯(lián)機構，然后對該機構的運動學、動力學以及固有頻率等進行分析，以拓展六自由度并聯(lián)機構的應用領域。
　　本文首先根據(jù)以往的實驗現(xiàn)象，提出了典型Stewart平臺的工作頻寬限制因素即機

2、構中所用的細長液壓缸的橫向振動這一觀點。針對Stewart平臺中經常使用的細長單出桿液壓缸，進行了結構分析，考慮其關鍵部件，得到了它的等效簡化模型?；诖四Ｐ停茖Я思氶L單出桿液壓缸橫向振動的運動方程，并找出了限制橫向振動的邊界條件。利用運動方程和邊界條件，進一步求解了細長單出桿液壓缸橫向振動的固有頻率，并通過Matlab軟件分析了液壓缸的結構參數(shù)對其橫向振動一階固有頻率的影響，給出了提高一階固有頻率的方法。通過對比以往的實驗數(shù)據(jù)以及利

3、用ANSYS軟件建模仿真，驗證了理論模型的有效性，也說明了細長單出桿液壓缸的橫向振動確實會限制Stewart平臺的工作頻率。
　　在以上分析的基礎上，本文對一種新型的六自由度并聯(lián)機構進行了說明，討論了其實現(xiàn)高頻運動的可能性。然后建立了該機構的運動學反解模型，得到了機構的關鍵參數(shù)：雅克比矩陣。在運動學模型的基礎上，又分別建立了機構的單剛體和多剛體動力學模型，其中在建立多剛體動力學模型時，使用了凱恩方法，減小了工作量，推導過程比較簡潔

4、。接下來在Matlab/Simulink和Adams/View環(huán)境下分別搭建模型，對比驗證了運動學和動力學模型的正確性。
　　在運動學和動力學模型的基礎上，本文又對這種高頻六自由度并聯(lián)機構的固有頻率進行了分析。首先求出了機構的剛度矩陣的一般表達式，然后結合動力學建模過程中得到的機構質量矩陣，求解了當并聯(lián)機構處在中位時，其六個自由度方向上的固有頻率和振型。通過結果可知，該并聯(lián)機構在一般情況下，在中位時，不同自由度之間的運動會有耦合。

5、為消除這種耦合，文中推導了該并聯(lián)機構在中位時的振動解耦條件，并基于單剛體模型的振動解耦條件，求得了解耦之后機構在六個自由度方向上的固有頻率公式。最后分析了機構的結構參數(shù)對其固有頻率的影響，并結合不同結構參數(shù)下液壓缸的出力大小，對機構進行了結構參數(shù)優(yōu)化。
　　本文首次提出了細長液壓缸的橫向振動對Stewart平臺的工作頻率的限制，并對細長單出桿液壓缸的橫向振動進行了詳細分析，為液壓缸的設計和選擇以及平臺的設計提供了幫助。另外，本文在