基于李群李代数的6-RUS并联机构的动力学控制研究

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并联机构与串联机构相比,具有刚度特性好、自重负荷比小、承载力强、精度较高的优点,同时在结构方面也更加节省空间。并联机构在高精度自动定位、多自由度操纵等领域有着重要的应用价值。对于构型确定的并联机构,模型的建立分析和控制方法的选择,对其性能有至关重要的影响。本文以6-RUS并联机构为研究对象,构造其许动变分子空间基底和驱动力子空间基底,得出动力学分析所需的运动螺旋,使用G-K修正法对并联机构的自由度进行求解,并对该并联机构驱动副的选择进行验证。基于D-H算法构造机构的位置约束方程,对机构的位置逆解进行研究,通过Matlab实现运动学位置逆解的仿真和数值分析;基于旋量理论对该并联机构的广义逆雅可比矩阵进行求解,推导6-RUS并联机构的海塞矩阵,并给出该并联机构在初始位形下的数值算例;基于李群李代数理论对机构各部件的惯性力螺旋和重力螺旋进行分析,在此基础上采用虚功原理建立动力学模型,进行数值仿真,通过对比、分析,得到基于李群李代数的6-RUS并联机构动力学算法;在动力学模型基础上,根据末端执行器的控制要求,分别对定点控制问题和轨迹跟踪控制问题进行了对比分析,得出动力学控制可以使被控机构具有良好的动态性能,计算力矩控制法可以有效提高动力学模型的控制精度,实现对末端运动轨迹的准确跟踪。
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