[发明专利]动态各向同性广义Stewart容错并联机构及其设计方法

权利要求书

1.动态各向同性广义Stewart容错并联机构，其特征在于：所述动态各向同性广义

Stewart容错并联机构包括下平台(1)、上平台(2)、第一支腿、第二支腿、第三支腿、第三支腿、第五支腿、第六支腿、第七支腿、第八支腿、八个上铰组件(3)和八个下铰组件(4)，第一支腿的上端、第三支腿的上端、第五支腿的上端、第七支腿的上端分别各通过一个上铰组件(3)安装在上平台(2)上半径为r_a1的第一上铰圆的圆周上，第一支腿的下端、第三支腿的下端、第五支腿的下端、第七支腿的下端分别各通过一个下铰组件(4)安装在下平台(1)上半径为r_b1的第一下铰圆的圆周上，第二支腿的上端、第四支腿的上端、第六支腿的上端、第八支腿的上端分别各通过一个上铰组件(3)安装在上平台(2)上半径为r_a2的第二上铰圆的圆周上，第二支腿的下端、第四支腿的下端、第六支腿的下端、第八支腿的下端分别各通过一个下铰组件(4)安装在下平台(1)上半径为r_b2的第二下铰圆的圆周上。

2.根据权利要求1所述动态各向同性广义Stewart容错并联机构，其特征在于：下铰组件(4)为球铰、虎克铰或弹性铰，上铰组件(4)为球铰、虎克铰或弹性铰。

3.根据权利要求1所述动态各向同性广义Stewart容错并联机构，其特征在于：第一支腿、第二支腿、第三支腿、第四支腿、第五支腿、第六支腿、第七支腿、第八支腿均为伺服液压缸线性制动器或伺服电动缸线性制动器。

4.一种权利要求1所述并联机构的设计方法，其特征在于：所述动态各向同性广义Stewart容错并联机构的设计方法的具体步骤如下：

步骤一、根据负载质量几何特性及安装要求选择机构构型，以第一下铰圆的几何中心为惯性坐标系原点O_B，第一上铰圆与第一下铰圆连接的第八支腿与第一支腿夹角平分线为惯性坐标系的X_B轴，经过第一下铰圆圆心的法向方向向上的直线为Z_B轴，按右手定则定义Y_B轴，建立三维直角坐标系；

步骤二、确定广义Stewart容错并联机构的构型，当r_a1＜r_a2，r_b1＜r_b2时，此时并联机构为1C-1C型机构；当r_a1＝r_a2，r_b1＜r_b2时，此时并联机构为1C-2C型机构；当r_a1＜r_a2，r_b1＝r_b2时，此时并联机构为2C-1C型机构；当r_a1＝r_a2，r_b1＝r_b2时，此时并联机构为2C-2C型机构，r_a2表示第二上铰圆的半径，r_b2表示第二下铰圆的半径，r_a1表示第一上铰圆半径，r_b1表示第一下铰圆半径；

步骤三、基于PSO优化算法求解设计变量：采用多目标优化的粒子群PSO算法求解目标函数的极小值问题，进而确定满足局部完全动态各向同性的r_b1、ρ、p、q、α₁-β₂及α₂-β₂值，其中Y1=sin(α1-β1)-sin(α2-β2),]]>Y₂＝P_Z^*，Y3=IzzIxx,]]>Y4=Izzm,]]>Y5=ρ2(p2+1-2pcos(α1-β1))3+ρ2,]]>Z1=n2pρ2q,]]>Z2=-2(3+ρ2)4ρ(1+ρ2)ρ2(p2-pcos(α1-β1))+(n2p2-n2p2qcos(α2-β2))p2+1-2pcos(α1-β1)rb1,]]>Z3=4(1+ρ2)2n2sin2(α1-β1)1+(pq)2-2(pq)cos((α1-β1)-(α2-β2)),]]>Z4=3+ρ22p2sin2(α1-β1)p2+1-2pcos(α1-β1)rb12,]]>Z5=n2p2+n2p2q2-2n2p2qpcos(α2-β2)1+3ρ2,]]>m表示负载质量，I_xx表示负载的绕X轴的转动惯量，I_yy表示负载的绕Y轴的转动惯量，I_zz表示负载的绕Z轴的转动惯量，P_Z^*表示负载的质心距离上平台几何中心的垂直距离，r_b1表示第一下铰圆半径，ρ表示支腿1上下联接铰点间长度L₁与支腿2上下联接铰点间长度L₂之比，α₂表示第八支腿上铰点在X_BO_BY_B水平面投影X_B轴的夹角，β₂表示第八支腿下铰点在X_BO_BY_B水平面投影X_B轴的夹角，其中α₁＝α₂，r_a2表示第二上铰圆的半径，r_b2表示第二下铰圆的半径，r_a1表示第一上铰圆半径，r_b1表示第一下铰圆半径，α₁表示第一支腿上铰点在X_BO_BY_B水平面投影X_B轴的夹角，β₁表示第一支腿下铰点在X_BO_BY_B水平面投影X_B轴的夹角；

步骤四、计算平台高度H_ISO，即下平台(1)的几何中心与上平台(2)的几何中心之间的距离，

HISO=2ρ23+ρ2ra12+rb12-2ra1rb1cos(α1-β1)]]>①，

公式①中ρ表示支腿1上下联接铰点间长度L₁与支腿2上下联接铰点间长度L₂之比，r_a1表示第一上铰圆半径，r_b1表示第一下铰圆半径，α₁表示第一支腿上铰点在X_BO_BY_B水平面投影X_B轴的夹角，β₁表示第一支腿下铰点在X_BO_BY_B水平面投影X_B轴的夹角；

步骤五、校核机构：校核机构可实现性、工作空间的运动能力和构件干涉是否满足设计要求，如果不满足，返回步骤一，如果满足，则设计完毕。