[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联机构及其设计方法，具体涉及动态各向同性广义Stewart容错并联机构及其设计方法。

背景技术

为完成航天器中继、高分辨率观察、机载激光器、微操作机器人等精密及指向需求，所应用的精密定位及指向系统必须具有精密的指向精度，高响应的振动隔离及振动抑制能力。Stewart并联机构具有刚度大、结构稳定、承载能力强、精度高和动态特性好的特点，对6自由度方向上的扰动能够进行隔离和抑制，已发展成为精密定位及指向应用的新技术。

目前广泛应用的标准Stewart并联机构，其自由度间存在运动学及动力学耦合，满足特定应用的优化设计和高精度控制实现仍然比较困难。更为重要的是，精密及指向的并联机构要求精密指向、振动隔离及抑制功能，其性能指标与机构结构和控制系统设计密切相关。因此，设计阶段考虑动态和控制性能极为重要。理论上，非冗余Stewart并联机构具有6个驱动支腿，执行末端在空间上具有6个自由度，完全能够满足精密定位机及指向应用的自由度需求。但对于这些应用来说，可靠性和安全性更为重要，即要求驱动支腿工作完全可靠，保证并联机构的逆Jacobian阵满秩。设计的非冗余并联机构尽管在工作空间内无奇异，却保证不了某一支腿或若干支腿失效后仍保证系统的本质安全。

发明内容

本发明为解决现有非冗余并联机构在一支腿或若干支腿失效后，不能保证其系统的本质安全的问题，进而提出一种动态各向同性广义Stewart容错并联机构设计方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括下平台、上平台、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、八个上铰组件和八个下铰组件，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安装在上平台上半径为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安装在下平台上半径为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安装在上平台上半径为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安装在下平台上半径为r_b2的第二下铰圆的圆周上。

本发明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；