[發明專利]空間六自由度振動阻尼減振方法

有效

• 申請號: 201210106677.4
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102705429A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 蹇開林;謝長貴;謝志江;李包承;雷鋼;劉小波;王成非;宋代平;陳平
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02;G01B21/04;G01B21/22
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 方洪

1.一種空間六自由度振動阻尼減振方法，其特征在于包括以下步驟：

1)搭建六自由度振動阻尼減振機構：

在定平臺(1)上裝有六個下球鉸(2)，這六個下球鉸(2)位于六邊形的六個角處，在所述定平臺(1)的上方設有動平臺(3)，該動平臺(3)上裝有六個上球鉸(4)，六個上球鉸(4)也位于六邊形的六個角處，六個上球鉸(4)所形成六邊形的形狀與六個下球鉸(2)所形成六邊形的形狀相同，并且上球鉸(4)與下球鉸(2)一一對應，上球鉸(4)與對應的下球鉸(2)之間通過阻尼器(5)連接，六個阻尼器(5)不觸碰；

2)建立坐標系：

將減振對象運動物體剛性固定于動平臺上，在動平臺上建立坐標系O₁-X₁Y₁Z₁，定平臺上建立坐標系O-XYZ，其中O₁為動平臺幾何中心，O為定平臺幾何中心，O₁Y₁取O₁B₁方向，O₁Z₁和OZ分別垂直于兩平臺平面，O₁X₁和OX根據右手法則而定，減振對象運動物體初始位姿所對應的動坐標系和靜坐標系的各坐標軸相互平行，B_j′(j＝1，2，3，4，5，6)為動平臺的第j個球鉸點在動坐標系O₁-X₁Y₁Z₁中的坐標，為相對坐標；B_j為動平臺第j個球鉸點在靜坐標系O-XYZ中的坐標，為絕對坐標；A_i為定平臺第i個鉸點在定坐標系O-XYZ中的坐標，D為由坐標系O₁-X₁Y₁Z₁到坐標系O-XYZ的變換矩陣，B′_j、B_j(j＝1，2，3，4，5，6)和A_i(i＝1，2，3，4，5，6)都用齊次坐標表示；

3)逆解得出六個阻尼器兩端球鉸距離：

令動平臺繞X、Y、Z軸旋轉的角度分別為α，β，γ，則由坐標系O₁-X₁Y₁Z₁到坐標系O-XYZ的變換矩陣為

D=cosβcosγ-cosβsinγsinβxmcosαsinγ+sinαsinβcosγcosαcosγ-sinαsinβsinγ-sinαcosβymsinαsinγ-cosαsinβcosγsinαcosγ+cosαsinβsinγcosαcosβzm0001---(1)]]>

M＝(x_m，y_m，z_m，1)^T為動平臺幾何中心點在O-XYZ坐標系中的齊次坐標，

則B_j＝DB′_j(j＝1，2，3，4，5，6)????(2)

當給定動平臺的位姿，即已知(x_m，y_m，z_m，α，β，γ)時，解算出每個阻尼器兩端球鉸距離A_iB_j的瞬時長度為

Li(t)=AiBj=(xAi-xBj)2+(yAi-yBj)2+zBj2---(3)]]>

其中i＝j，即：當i＝1時，j＝1；當i＝2時，j＝2；當i＝3時，j＝3；當i＝4時，j＝4；當i＝5，j＝5；當i＝6時，j＝6，方程(3)即為并聯機構的位置反解方程，對應動平臺上減振對象運動物體的位姿可直接用式(3)求得六個阻尼器兩端球鉸距離A_iB_j的瞬時長度；

4)列出阻尼C_i和阻尼器兩端球鉸距離A_iB_j長度的數學關系：

對六個阻尼器有動力方程為

M_iL″_i(t)+C_i(t)L′_i(t)+K_iL_i(t)＝F_i(t)????(4)

其中，M_i(i＝1，2，3，4，5，6)為質量矩陣，C_i(t)(i＝1，2，3，4，5，6)為阻尼矩陣，K_i(i＝1，2，3，4，5，6)為剛度矩陣，F_i(t)為動平臺對阻尼器的作用力，L_i(t)為阻尼器長度的響應位移，L′_i(t)為位移對時間的一階導數，即速度向量，L″_i(t)為位移對時間的二階導數，即加速度向量；

將動力方程(4)寫成矩陣形式為

M10···00M2··M3··M4··M500···0M6×L1′′L2′′L3′′L4′′L5′′L6′′+]]>

C10···00C2··C3··C4··C500···0C6×L1′L2′L3′L4′L5′L6′]]>

K10···00K2··K3··K4··K500···0K6×L1L2L3L4L5L6=F1(t)F2(t)F3(t)F4(t)F5(t)F6(t)---(5)]]>

公式(5)中，只有C_i(t)和L_i(t)為未知量，通過方程(5)可以解算出阻尼C_i(t)和L_i(t)的關系，由公式(3)可算出L_i(t)值，再根據公式(5)計算出阻尼C_i(t)值，然后進行阻尼調節；

整個調節過程為：根據運動物體運動規律，按公式(3)計算出L_i(t)，再根據公式(5)計算出阻尼C_i(t)值，調節阻尼器使阻尼器阻尼值為計算出來的阻尼C_i(t)值。

2.根據權利要求1所述的空間六自由度振動阻尼減振方法，其特征在于：所述定平臺(1)和動平臺(3)均為圓形平板結構，六個下球鉸(2)在定平臺(1)上兩兩為一組，三組下球鉸(2)按等邊三角形分布；六個上球鉸(4)在動平臺(3)上兩兩為一組，三組上球鉸(4)按等邊三角形分布。