三自由度并联机械手动力学分析与控制

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摘
要：以三自由度Ｄｅｌｔａ并联机械手作为研究对象，在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立基于虚功原理法得到的并联机构系统动力
学求解模型，并在Ｓｉｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ中建立系统物理模型。在系统动力学方程的基础上设计了基于动力学的模糊解耦控制器，综合考虑了机构的运动学和动力学特性。给出平台运动的期望轨迹，分别在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和Ｓｉｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ中进行逆动力学仿真分析，验证逆动力学方程的准确性，之后进行模糊解耦控制Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｉｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ联合仿真分析。运行结果表明，Ｄｅｌｔａ机械手的响应符合预期期望，精度高于计算力矩控制，跟踪效果较好。关键词：Ｄｅｌｔａ机械手；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；Ｓｉｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ；计算力矩控制；模糊解耦控制
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ３－ＤＯＦｄｅｌｔａｒｏｂｏｔＷＣｌ８ｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅＳｉｍｕｌｉｎｋｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｂｓｅａｄｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｖｉｒｔｕａｌｗｏｒｋ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｍｏａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅＳｉｍｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌＷｓａｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｙｎｄｍｉａｃ
ＰＥＮＧＺｈｉ — ｗｅｎ，ＧＡＯＨｏｎｇ－ｌｉ，ＷＥＮＧａｎｇ，ＬＩＡＮＧＣｈａｏ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｉｃｈｕａｎＣｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）
ＴｈｅｎｔｈｅＣＯ－ｓｉｍｕｌｔａｉｏｎＷｓａｒｅｌｉａｚｅｄａｃｃｏｒｄｎｃａｅｗｉｔｈａｉｖｇｅｎｔｒｇａｅｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｂｓｅａｄｏｎＳｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｉｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｔｈｅ
中图分类号：ＴＨ１６文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１７）ｏ９ — ０２４３ — ０３
ＤｙｎａｍｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆ３－ＤＯＦＰａｒａｌｌｅｌＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ
ｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ，ａｆｕ＝ｙｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＷｓａｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａ’ ｔａｒｇｅｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙＷｓａｇｉｖｅｎ，ｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｙｎｄａｍｉｃｓｓｉｍｕｌｔｉａｏｎＷｓａｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｏｔｈｉｎＳｉｍｕｌｉｎｋａｎｄＳｉｍｍｅｃｈａｎｉｃｓｔＯｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｆｏｄｙｎｍｉａｃｍｏｄｅｌ
ｒｕｎｎｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｔａｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｆｏｄｅｒｏｂｏຫໍສະໝຸດ Baiduｔｉｓｉｎｌｉｎｅｗｉｔｈｅｘｐｅｃｔ．ｔｈｅｃｃａｕｒａｃｙｓｉｈｉｇｈｅｒｔｈｎａｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｔｒｃｋａｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｉｓｔｉａｓｆａｃｔｏｒｙ．
第９期
２０１７年９月
机械设计与制造
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ２４３
三自由度并联机械手动力学分析与控制
彭志文，高宏力，文刚，梁超
６１００３１）（西南交通大学机械工程学院，四川成都