六自由度系统集成设计(四)PPT课件

-,1,六自由度运动系统集成设计,姜洪洲（jianghz）机电学院流体控制及自动化系,-,2,主要内容：,各向同性与耦合特性指标关节空间逆质量阵的特征值与特征向量耦合特性分析各向同性分析各向同性设计步骤与实例,-,3,问题的提出和技术路线,影响飞行模拟机的动感逼真度的因素：耦合特性和各自由度频率特性不一致全局各向同性与局部各向同性的问题：首先研究局部各向同性，然后再研究全局各向同性。运动学各向同性与静力学各向同性的特征尺度不一致问题：在设计时考虑并联机构动态特性，以固有频率为设计指标，达到负载参数与机构几何的匹配质心位置对并联机构动态特性的影响，在设计参数考虑质心位置质量阵的特征值、特征向量的解析解，研究其逆质量阵，充分利用其对称性各向同性设计方法,-,4,1.DynamicIsotropy,各向同性本来是指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性，即某一物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同。对于并联机构来说，各向同性是指其运动的传递特性（速度）、力的传递特性（静力、刚度）、动态特性（加速度和频率特性）不因方向的不同而有所变化的特性。,-,5,1.1FreevibrationofGough-StewartPlatform(GSP),动力学方程,无阻尼自由振动（关节空间）,式中：,无阻尼固有频率,-,6,1.2Localdynamicisotropymeasure,Atoneconfiguration(local)Overworkspace(global)Ifk=1,thenwecallitisotropicRotation,translation,completeandcombinedisotropy,Minimizing,关节空间逆质量阵奇异值分解：,-,7,1.3Dynamiccross-couplingindices,Crosscouplingmatrix,Crosscouplingindices,0completecoupling1completedecoupling,Definingthenewvariables,Thesystemcanbedecoupled,-,8,2.CharacteristicsanalysisofthejointspaceinversemassmatrixofGSP,Massmatrix,Inversemassmatrixinjointspace,-,9,SpecificGough-Stewartplatforms,itswidespreadtechnicalapplications,itsthemostwellstudiedspatialparallelmanipulatoranditssymmetryatneutralposeallowsustoobtaintheEigenvaluesandvectorsinasymbolicformforit.,-,10,问题简化,只考虑垂直方向质心位置的影响；平台处于中位；质量阵为对角阵，惯量主轴与坐标系重合；不考虑支腿的惯性参数影响；不考虑关节、平台、地基的柔性影响；不考虑其他动态力的影响，如哥氏力/向心力，摩擦力，重力等。,-,11,Centrosymmetricmatrix,.,Definition.LetPbethematrixwithonesalongthesecondarydiagonalandzeroselsewhere,andistheithcolumnofidentitymatrix,thematrixDiscalledCentrosymmetricif.,Property1.ForSGSP,atneutralpose,whenthepayloadmass-inertiamatrixisdiagonal,isasymmetricCentrosymmetricmatrix:,-,12,Centrosymmetricmatrix,-,13,Proof,利用镜像和旋转对称条件可以证明,isarotationmatrixwithangle,alongZaxis,-,14,Proof,关节空间逆质量阵,If,isdiagonal,-,15,ReductionofInverseMassMatrix,anunitaryorthogonalmatrixQ,-,16,Eigenvaluesofinversemassmatrixinjointspace,-,17,Eigenvalues,把特征值表示为结构参数的函数,注意Kyy是质心高度h的函数,-,18,Eigenvectors,自由度耦合矩阵,-,19,问题：质心位置对并联机构动态特性的影响,影响飞行模拟机的动感模拟逼真度的因素：运动系统耦合特性和各自由度频率特性不一致,质心位置降低，能够提高运动系统动态性能。我们不能满足这种定性的描述。质心位置降低，低到什么程度，是否越低越好呢？,-,20,Theinfluenceoftheheightofpayloadscenterofmassondynamicisotropyandcoupling,thereexistextremeEigenvalueswhen,h*canbeanonnegative,andthepayloadscenterofmasscanbeplacedonorabovetheuppercircleplaneoftheplatform，when,-,21,CategoriesofStandardGSP,6-6工程上最常用3-3是最基本类型,-,22,质心位置对并联机构的影响（其他学者的工作）,Jafari,Farhad;McInroy,JohnE.OrthogonalGough-Stewartplatformsformicromanipulation,IEEETransactionsonRoboticsandAutomation,v19,n4,p595-603,August2003,一篇文献给出了两种特殊情况n=1或1/2（如图）而其他文献基本上没有考虑质心位置的影响,-,23,解耦并且各向同性最好,=0.7884m,-,24,thecouplingeffectsinfluencedbytheheightofthemasscenter,=0.7884m,-,25,dynamiccross-couplingindicesversush,=0.7884m,-,26,3.各向同性设计,假定条件：解耦h=h*,-,27,各向同性设计,-,28,各向同性设计,-,29,各向同性设计,组合各向同性时几种典型参数配置,-,30,各向同性设计步骤与实例,aIntermsofthepayloadcenterofmasscriteriaandotherconstraintstodeterminen=ra/rb；bAccordingtothepayloadinertialparameters,followtheoptionslistedbelowtodeterminerbcAccordingtotherequirementsofisotropyconditions,calculateH；dTakingaccountofothertechnicalspecificationssuchasworkspacevolume,manipulability,dexterity,singularity,accuracy,actuatorsinterferenceetc.,evaluatethisdesign.Ifneedsomemodifications,returntostepa,thenstartanotherdesigniteration.,-,31,负载参数,Wegi