冗余驱动精密定位并联机器人动力学优化

摘要

设计了一种冗余驱动精密定位并联机器人。首先,构建一种十字交叉布置的4-PRR余驱动平面并联机器人初始构型;借助Kane方程建立系统多刚体动力学模型。在此基础上,采用前馈动力学方法,并借助Adams软件进行仿真校验。仿真结果表明:在给定轨迹下,X方向上的最大跟踪误差为0.0045m,Y方向上的最大跟踪误差为0.009m,最大均方根误差为0.0101m,验证了刚体动力学建模的正确性和精确度。在刚体动力学基础上,综合考虑机构加、减速运动过程和任务工作空间内的动态特性,定义两类动力学性能指标,构建出综合了尺寸和多种运动性能约束的动力学优化模型;通过单调性分析揭示尺度参数对性能指标的影响规律,进而借助模式搜索(PS)算法,获得设计变量的一组最优值,据此建造工程虚拟样机。优化实例表明:在任务工作空间内,当雅克比矩阵的全域最大奇异值的上界为1.7和全域最小奇异值的下界为0.17时,机构具有较好的动态性能,同时亦可综合保证机构的速度、精度、刚度和承载力性能。