基于螺旋理论的四面体可展机构运动特性与动力学分析

来源：机器人杂志2020年第1期北京时间：

作者：韩博, 韩媛媛, 许允斗, 郑东, 姚建涛, 赵永生

摘要：为了解决星载四面体构架式可展开天线运动学和动力学建模分析困难的问题，建立了一种基于螺旋理论的运动学和动力学特性分析方法．首先分析了3RR-3RRR四面体可展机构的构型机理及几何特征，基于螺旋理论绘制了旋量约束拓扑图，计算了机构的自由度，结果表明其只有1个自由度．然后对其进行了运动学分析，通过运动旋量的组合运算分析了各个构件的速度，并推导得到了机构的雅可比矩阵，采用旋量导数表示构件的6维加速度，推导得到了各个花盘和杆件的角加速度与质心线加速度．最后基于牛顿－欧拉方程和虚功原理建立了动力学方程，并进行了数值计算与仿真验证，数值计算结果与仿真结果完全一致，验证了基于螺旋理论的运动学和动力学特性分析方法的正确性．本文的研究方法在分析过程中各参数物理意义明确，分析过程较为程式化，易于编程，适合应用于此类空间可展开机构的分析中．

关键词：螺旋理论, 四面体可展机构, 自由度, 运动学, 动力学