高速大承载Schönflies并联机构动力学建模、性能分析及控制策略

来源：机械工程学报杂志2024年第23期北京时间：

作者：梁栋, 张珺鹏, 姚福林, 宋轶民, 孙涛

单位：1. 天津工业大学机械工程学院 天津 300387;2. 天津市现代机电装备技术重点实验室 天津 300387;3. 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室 天津 300350

摘要：面向纺织、食品、物流运输等行业中的高速及大承载作业需求，研究一类具有双闭环子结构稳定支链的Schönflies并联机构完备动力学建模、性能分析及控制问题。首先，借助线图法直观简洁表征支链自由度和约束空间，进而揭示出该机构动平台具有三平动和一转动的运动特性。在偏速度分析前提下，基于Kane方程建立机构的精细化多刚体动力学模型及其规范式，为后续性能评价及控制策略开发奠定基础。将任务空间动力学模型转化至关节空间，进而定义关节映射惯性指标和关节空间惯性变化系数指标对机构进行动力学性能分析。开发多体物理仿真模型，验证动力学模型的准确性，进而在获得关节约束力基础上引入摩擦，求解出驱动关节的库伦-粘性摩擦力矩。为实现精确运动控制，提出一种模糊非线性计算力矩控制策略，结合多体物理仿真模型，开展面向作业任务的控制仿真试验，多控制器试验对比结果表明，所提控制策略能有效抑制摩擦力矩及不确定因素影响，实现高精度轨迹跟踪/定位。

关键词：高速大承载并联机构,Kane方程,多体仿真试验,库伦-粘性摩擦,模糊非线性计算力矩控制；

基金资助：国家自然科学基金(52175243,52275027)资助项目。