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绳牵引并联机构分析与控制的研究

刘华生  
【摘要】:在多种动力传动方式中,绳传动有噪声低、清洁、不需润滑、减震、易于安装和维护费用较低的优点。绳牵引并联机构是一种新型的机构,不仅具有一般绳传动机构的优点,并且由于驱动器可以安装在底座上,不需要杆作支撑,因此结构简单、惯性小。除此之外,该机构还具有较高的刚度、定位精度,较大的平动工作空间和较快的运动速度等特点,因此,近年来在国外得到重视和研究,并被应用于机械制造、大型射电望远镜、轮船制造、虚拟现实的力反馈装置和触角装置等方面。 本文在总结前人的基础上,对绳牵引并联机构作了进一步研究。本文系统地讨论了一种两自由度绳牵引并联机构的运动学、静力学、动力学模型的建立和求解,并用计算力矩算法设计了控制系统。最后,通过在Simulinl(环境下编程,对两自由度绳牵引并联机构进行了仿真,验证了本文给出的模型和算法的正确性。 本文还特别研究了多自由度绳牵引并联机构的静力学模型的求解,提出了两种计算方法。由于多自由度绳牵引并联机构的静力学模型一般是一个非齐次线性方程组,本文指出可让对应齐次方程组的通解的最小值满足绳保持张紧的条件;让非齐次线性方程组的特解非负,而避免利用对应齐次线性方程组的通解保证非齐次线性方程组的解不小于给定的最小值。对于非齐次线性方程组的特解求解,本文巧妙的利用绳牵引并联机构的拉力应满足的条件建立了一个线性规划的标准模型,由单纯形法可以很容易的获得非齐次线性方程组的特解。在该方法的基础上,本文进一步提出,可以直接采用线性规划求绳的拉力,使求得的拉力更小。Simulink下的计算实例表明了两种算法的可行性。


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