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六自由度并联机构——动态各向同性研究

已有 2405 次阅读 2010-12-14 23:20 |个人分类:科研心得|系统分类:科研笔记| 并联机构, 动态各向同性

   各向同性本来是指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性,即某一物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同。
   对于并联机构来说,各向同性是指其运动的传递特性(速度)、力的传递特性(静力、刚度)、动态特性(加速度和频率特性)不因方向的不同而有所变化的特性。
   其分类如下:

   按照物理特性可以分为三类:运动各向同性、力的各向同性、动态各向同性。

   按照研究的工作空间可分为:局部各向同性和全局各向同性。局部各向同性是指机构在工作空间中的某一点具有各向同性;而全局各向同性是指在整个工作空间都具有各向同性。

   按照各向同性的程度又可分为:部分各向同性、完全各向同性、组合各向同性。部分各向同性是指只有部分自由度具有各向同性,一般为平动或转动自由度。完全各向同性是指全部自由度都达到各向同性。组合各向同性是指同时达到转动和平动各向同性(注意其与完全各向同性的区别)。
   并联机构各向同性的评价指标有许多种,基本上采用与雅可比阵相关的指标如雅可比阵的条件数、刚度阵、广义质量阵等等。

   动态各向同性的评价指标可用广义刚体特征频率的最大值与最小值的比值来描述:

  

   如果 k=1 ,我们就认为机构是动态各向同性的。

   动态各向同性指标能够帮助我们揭示并联机构的质量几何特性。对于标准并联机构来说,假设负载的惯性主轴与其坐标系重合,则可以推得要达到完全各向同性其惯量矩应满足以下关系式Iyy=Ixx,Izz=4Ixx。对于实际系统来说,第一式比较容易实现;然而,对于第二式,我们很容易证明在实际物理系统不可能存在这样的关系,实际系统最多能够达到Iyy=Ixx,Izz=2Ixx因此我们可以断定,对于标准并联机构,其完全动态各向同性是不可能实现的。



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