多能域过约束并联机器人系统动力学建模方法

来源：机械工程学报杂志2016年第21期北京时间：

作者：李永泉, 宋肇经, 郭, 菲, 单张兵, 张立杰

单位：1. 燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室 秦皇岛 066004；2. 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学) 秦皇岛 066004；3. 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室 秦皇岛 066004

摘要：采用旋量键合图建立球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统动力学模型，该方法相对传统力学原理动力学建模方法的优点是建模过程规则化，能够得到适合于现代控制理论的空间并联机构状态方程。所建动力学模型只有36个方程，但由于被动过约束(公共约束和冗余约束)和主动过约束(冗余驱动)的存在，共有43个未知量需要求解。为此，针对被动过约束问题，分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量，增加了6个变形协调补充方程;针对主动过约束问题，提出了采用输入力优化的方法，增加了1个补充方程，最终得到了该机器人完整的多能域系统动力学全解模型。通过数值算例，验证了该方法的可行性和合理性。该方法可以推广到其他包含机、电、液、气的多能域过约束并联机器人系统，为该类多能域机器人系统动力学建模分析提供了一种新的思路。

关键词：并联机构,多能域,过约束,旋量键合图,动力学建模；

基金资助：* 国家自然科学基金(51405421， 51275438)和河北省自然科学基金(E2015203101)资助项目; 20150812收到初稿，20160511到修改稿;