不同控制模式下冗余驱动并联机构受力机理及其测试研究

• 作 者: 王增照
• 出 处: 燕山大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 冗余驱动 并联机构 位置控制 力控制 力/位混合控制 受力分析

冗余驱动并联机构是指驱动器数大于机构自由度数的一种过约束并联机构,在避免奇异位形、增大工作空间、增加刚度及提高承载能力等方面作用明显,具有较为广阔的应用前景。本文将以2SPS-P冗余驱动并联机构为例,分析在三种不同控制模式下冗余驱动并联机构的受力机理及协调控制策略,主要的研究内容包括:首先,分别分析2SPS-P冗余驱动并联机构在全位置控制、全力控制以及力/位混合控制三种模式下的受力机理,阐明在不同控制模式下,分支刚度对分支的输出(或输入)位移、驱动力分配以及动平台输出运动精度的影响规律,其研究成果对冗余驱动并联机构的设计、控制及使用都具有十分重要的参考意义。其次,对2SPS-P冗余驱动并联机构样机进行详细的结构设计,对传统的单导轨移动副进行优化设计,介绍设备的动力元件(电动缸)和检测元件(力传感器)的选用方法以及选用参数等关键指标,并对机构的整体机架进行了ANSYS有限元分析。再次,针对控制系统的硬件系统、电气系统以及控制编程程序进行系统的分析。设计了控制系统总体控制结构的框架以及力传感器通讯电路,并对控制器与驱动器的信号传输电路、力传感器与控制器的通讯电路、控制系统整体的控制参数以及其四大控制变量的性质进行详细的阐述。对控制系统的PID参数进行仔细的分析并给出具体的设定值,并对级联伺服控制环、控制器的采集系统,并将所有的采集地址进行了设定。最后,搭建2SPS-P冗余驱动并联机构的测试平台,对其在三种控制模式下的运动与受力机理进行实验研究,并与理论分析结果进行对比分析,验证理论分析的正确性。