[發明專利]剛柔混合線解耦變剛度的可重構冗余驅動廣義并聯機構

在審

• 申請號: 201710397886.1
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107127738A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 佟志忠;陳濤;彭磊;李崇慶;姜洪洲;何景峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司23101
• 代理人: 吳振剛

1.一種剛柔混合線解耦變剛度的可重構冗余驅動廣義并聯機構,包括動平臺、定平臺、8個上鉸、8個下鉸、8根支腿和4組虎克鉸鉸點調整機構，動平臺為上平臺，定平臺為下平臺，上下平臺之間通過八組支腿連接組成空間廣義并聯機構，其特征在于，4個上鉸點按奇序號分組為A1、A3、A5、A7，另外4個上鉸點按偶序號分組為A2、A4、A6、A8，奇序號組上鉸點按逆時針分布在上平臺的一圓周上，偶序號組上鉸點按逆時針分布在上平臺的另外一圓周上；4個下鉸點按奇序號分組為B1、B3、B5、B7，另外4個下鉸點按偶序號分組為B2、B4、B6、B8，奇序號組下鉸點按逆時針分布在下平臺的一圓周上，偶序號組下鉸點按逆時針分布在下平臺的另外一圓周上；上、下奇數組或偶序號組的四個鉸點滿足90°旋轉對稱；8根支腿也按照奇偶序號分組，每根支腿的兩端通過鉸耳分別與對應的奇或偶序號組的上、下鉸連接；其中奇序號組支腿為剛性線性致動器，偶序號組支腿為柔性線性致動器，4組虎克鉸鉸點調整機構分別與偶序號組的下鉸連接，用于調整鉸點位置。

2.根據權利要求1所述的一種剛柔混合線解耦變剛度的可重構冗余驅動廣義并聯機構，其特征在于：所述的機構的剛度能夠調整，通過柔性支腿內力以及冗余驅動基于內力控制的剛度調整。

3.根據權利要求1所述的一種剛柔混合線解耦變剛度的可重構冗余驅動廣義并聯機構，其特征在于，選取中位作為工作點，按標準Stewart八腿并聯機構設計本機構的具體結構步驟為：

(1)根據負載安裝接口尺寸確定并聯機構上平臺半徑r_a1，將此分布圓作為本發明并聯機構奇序號組支腿的分布圓；

(2)根據負載六個自由度運動的范圍、速度、加速度，以及負載質量特性，優化設計標準Stewart八腿并聯機構具體結構；

(3)進行工作空間、剛度的性能分析，以設計要求為準則確定優化設計結果，最終確定上平臺半徑r_a1、下平臺半徑r_b1、中位高度H；

(4)根據優化設計結果奇序號組支腿的上下鉸點坐標，并依據支腿驅動器參數要求進行選型；

(5)根據奇序號組支腿鉸點坐標，求取其分布的單葉雙曲面方程；

(6)定義喉部半徑比工程設計時其取值范圍為0.6～1.0，根據布置要求確定喉部半徑比n取值，計算r₂并依據正交條件反求出偶序號組支腿的單葉雙曲面方程；

(7)以標準Stewart八腿并聯機構的中位結構截取偶序號組支腿的單葉雙曲面，即能夠計算出偶序號組支腿的上下鉸點；

(8)檢驗設計的結構參數是否存在干涉，若存在，返回步驟2重新修改設計參數進行優化；

(9)結束。

4.根據權利要求1所述的一種剛柔混合線解耦變剛度的可重構冗余驅動廣義并聯機構，其特征在于，其解耦機制控制流程步驟如下：

步驟1：在t_i時刻，給定并聯機構運動位姿指令將其映射為兩條指令，其中指令用于八條驅動支腿運動伸長量的計算，指令p_R＝[00z000]^T用于解耦重構的鉸點調整指令；

步驟2：根據解耦重構的鉸點調整指令計算并聯機構奇序號組支腿的上鉸點坐標，求取其分布的單葉雙曲面方程；

步驟3：依據正交條件反求出偶序號組支腿的單葉雙曲面方程；

步驟4：以并聯機構結構截取偶序號組支腿的單葉雙曲面，即計算出偶序號組支腿的下鉸點坐標，進而確定重構調整下鉸點的調節量；

步驟5：采用并聯機構運動學反解算法，根據運動位姿指令計算八條驅動支腿運動的伸長量；

步驟6：根據驅動支腿伸長量以及重構調整下鉸點的調節量，通過驅動系統的閉環控制即能夠實現相應動作；

步驟7：調整運動的同時，并聯機構的剛度可通過柔性支腿的剛度調節，以及調整各驅動支腿驅動力實現基于內力變剛度控制，重復以上步驟，即能通過動態調整偶序號組支腿的下鉸點位置，實現機構的沿Z軸運動解耦。