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并联机构动力学分析及控制策略研究一、引言在机械系统中，机构是运动的基础。
机构的特性与性能对机器人和自动化系统的运动控制有着至关重要的影响。
在众多的机构中，并联机构是一种典型的高机动性机构，在机器人、飞行器以及自动化设备等领域得到了广泛应用。
本文将介绍并联机构动力学分析及控制策略的研究现状和发展方向。
二、并联机构动力学分析方法1.拉格朗日动力学方法拉格朗日动力学方法是一种经典的机械动力学分析方法，可以解决复杂机构的运动和动力学问题。
在分析并联机构时，可以通过拉格朗日方程建立并联机构的运动方程。
利用拉格朗日方程可以得到并联机构的运动学方程和动力学方程，从而实现机构的动力学分析。
2.牛顿-欧拉动力学方法牛顿-欧拉动力学方法是一种相对直观的机构分析方法，也被广泛应用于并联机构的动力学分析。
利用牛顿-欧拉法可以得到并联机构的动力学方程，通过求解方程可以得到并联机构的动态响应。
相对于拉格朗日动力学方法，牛顿-欧拉动力学方法需要更多的运动学参数，但是计算量要小得多。
三、并联机构的控制策略1. 基于模型的控制策略基于模型的控制策略是一种常用的控制方法，包括反馈控制、前馈控制、模型预测控制等。
这些方法都需要对机构的动力学方程进行建模，通过数学方法求解系统的控制器，从而实现控制效果。
但是这种方法必须先对系统动力学模型进行精确建模，否则控制效果会受到影响。
2. 基于学习的控制策略基于学习的控制策略是一种新兴的控制方法，它通过系统和环境的交互，自适应地学习控制器的参数。
这种控制方法基于强化学习、遗传算法等理论，对于复杂的机构控制效果非常好。
但是基于学习的控制方法需要大量的数据训练，较难应用于实际控制场景。
四、并联机构的控制应用并联机构的控制应用涵盖了多种领域，如自动化控制、机器人、航空航天等。
在这些领域中，人们需要通过对机构的控制来实现对设备的高精度部件加工、复杂任务执行和高速运动控制等。
因此，对并联机构的控制研究，对于各种自动化设备的设计、开发和应用具有重要意义。
3—PUU并联机构的运动学分析本文对3-PUU并联机构进行位置分析，求解出3-PUU并联机器人的运动学正解和运动学逆解，正解要比逆解复杂难求。
通过求解雅可比矩阵，推导出该机构的奇异位形位置，为动平台的轨迹规划奠定了基础。
用极限边界搜索法求得3-PUU并联机构的工作空间。
标签：3-PUU；运动学分析；奇异位形1.自由度的计算在三维空间直角坐标系中，n活动构件共有6（n-1）个自由度。
在3-PUU 并联机构中，令约束数目为g，第i个运动副的约束数目为ui，则该机构的自由度数目为：3.雅克比矩阵和奇异位形在向量微积分中，雅可比矩阵是一阶偏导数以一定方式排列成的矩阵，其行列式称为雅克比行列式。
并联机构的雅克比矩阵可以判断机构的奇异位形、进行误差分析、轨迹规划等。
机构学中所说的奇异位形被称作特殊位形，指的是机构运动到某一特殊位置。
机构的奇异位形决定了机器人的运动、受力、控制以及精度等诸方面的性能，因此对并联机构的奇异位形做深入研究有很重要的实际意义。
[1]研究奇异位形可以减少和消除奇异位形对机构运动的影响，从而进一步提高并联机构的运动性能，促进并联机构产品的实用化，使并联机构产品得到更广泛的发展。
研究并联机构的奇异位形主要采用代数法。
代数法就是求得的雅克比矩阵的行列式的值为0时，该机构处于奇异位置，机构丧失一个或者多个自由度。
该机构的雅克比矩阵为：4.并联机构的工作空间并联机构相比于串联机构而言，具有刚度大、惯性低等特点，但对其工作空间有严格的要求。
工作空间是衡量并联机器人性能的重要指标之一。
并联机构的工作空间分为灵巧工作空间和可达工作空间两种类型。
灵巧工作空间指的是在操作手臂上某一参考点可以从任何方向到达的位置点的集合。
可达工作空间指的是操作手臂上某一参考点可以达到的位置点的集合，不必考虑操作器的姿态。
求解并联机构的工作空间一般采用数值法和解析法。
极限边界搜索法属于数值法当中的一种。
它的基本原理是：给出一个足够大的空间范围，它包含了并联机构可能的运动范围。
基于牛顿-欧拉法的3PTT并联机构动力学分析及仿真
郝秀清;胡福生;陈建涛
【期刊名称】《中国机械工程》
【年(卷),期】2006(000)0z1
【摘要】以3PTT并联机构的任一支链为研究对象,用D-H方法建立了各构件的坐标系,给出了支链运动学逆解的解析解;运用牛顿-欧拉动力学建模方法,建立了支链中构件的力和力矩平衡方程;推导出了3PTT并联机构的动力学方程,用MATLAB软件进行了理论计算,用ADAMS软件进行了动力学仿真,验证了理论计算的正确性,为3PTT类机构的动力学分析和应用奠定了基础,也为其机构的实际设计制造和应用提供了力学上的理论依据.
【总页数】5页(P32-36)
【作者】郝秀清;胡福生;陈建涛
【作者单位】山东理工大学,淄博,255049;山东理工大学,淄博,255049;山东理工大学,淄博,255049
【正文语种】中文
【中图分类】TH112
【相关文献】
1.基于牛顿欧拉法的3-RPS并联机构逆动力学分析 [J], 李永刚;宋轶民;冯志友;张策
2.基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程 [J], 陈修龙;董芳杞;王清
3.基于牛顿—欧拉法的人体下肢动力学分析与建模 [J], 张玉叶;张原园;毛少坤;张婷
4.基于牛顿-欧拉法的3-UPS/S并联机构动力学分析 [J], 印松;陈竟新;唐矫燕
5.基于牛顿欧拉法的2UPS-2RPS并联机构逆动力学分析 [J], 冯志友;张燕;杨廷力;张策
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3(3-RPs)并-串联机构及其运动学分析研究梁辉;胡同帅;王蕾;杨加礼【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2017(034)001【摘要】针对并联机构运动学和动力学性能方面存在的问题,提出了一种新结构-3(3-RPS)并-串联机构,对3(3-RPS)并-串联机构进行了运动学方面的研究,对3 (3-RPS)并-串联机构的结构特点进行了介绍,利用螺旋理论及修正的Kutzbach-Grüble公式对3(3-RPS)并-串联机构进行了自由度计算,利用机构影响系数法和螺旋理论对3(3-RPS)并-串联机构的速度和加速度进行了建模,得到了3(3-RPS)并-串联机构速度和加速度的理论模型,利用工程分析软件ADAMS和Abaqus对3(3-RPS)并-串联机构进行了运动学仿真及结构受力分析,得到了上平台在空间中的速度和加速度曲线变化图与机构的结构受力变形图.研究结果表明:3(3-RPS)并-串联机构的自由度数为9,速度和加速度值等于各层之和;本研究分析3(3-RPS)并-串联机构运动学的方法也适合其他并-串联机构.【总页数】6页(P28-32,78)【作者】梁辉;胡同帅;王蕾;杨加礼【作者单位】青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266061;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266061;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266061;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266061【正文语种】中文【中图分类】TH112【相关文献】1.具有弧形移动副3-RP S并联机构的运动学分析 [J], 王永奉;范顺成;张小俊;路光达;杨静2.两种具有弧形移动副的3-RPS并联机构运动学分析 [J], 王永奉;范顺成;张小俊;路光达;杨静3.基于3-RPS并联机构的越野救护车车载平衡装置运动学分析 [J], 徐鸿佳;牛福;孟令帅;孙景工4.3-RPS并联稳定平台机构设计及运动学仿真分析 [J], 赵万卓;谢英江;孙景工;孟令帅;牛福5.空间3-RPS并联机构运动学分析 [J], 高红卫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
3-PUU并联机构的动力学分析作者：范大俊来源：《科技资讯》 2015年第11期范大俊（大连大学机械工程学院辽宁大连 116622）摘要：多体系统进行动力学分析，是实现虚拟样机和虚拟现实的前提条件之一。
它在力学的基础上，经过半个世纪的发展，形成不同的研究方向和研究领域，并孕育而生了多款商业化软件。
该文运用凯恩方法，以动平台参考点的速度和角速度为伪速度，在任务空间中建立了封闭形式的运动方程。
在建模过程中，无需求解理想约束反力、不使用动力学函数，不需求导运算，变量和方程的数目少，方程表达式简单，计算效率得到显著提高。
关键词：并联机构凯恩方法动力学分析中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0214-01①作者简介：范大俊（1990.5—），男，汉族，本科生，主要研究方向为机械设计。
多体系统动力学是研究由若干个刚性或者柔性物体相互连接所组成的系统的运动规律的一门新兴学科，它包括多刚体系统动力学和多柔体系统动力学。
机械多体系统是对航空航天、数控机床、大型船舶等重型机械领域机电系统的高度浓缩。
对多体系统进行动力学分析，是实现虚拟样机和虚拟现实的前提条件之一[1]。
它在力学的基础上，经过半个世纪的发展，形成不同的研究方向和研究领域，并孕育而生了多款商业化软件。
它们的研究方法主要以矢量力学方法和分析力学方法为主。
经过多年的发展，又形成了以凯恩力学为基础的兼顾矢量力学和分析力学优点的建模方法。
并联机构动力学建模方法已趋于成熟，但大部分动力学模型是建立在关节空间中的。
在关节空间中进行仿真将增加计算量，提高了运算强度，可能导致计算精度的丧失甚至丢失。
此外，在关节空间中，我们常使用的PD控制会引出并联机构运动学正解的问题[2]。
并联机构的运动学正解方程复杂、极难求解。
更重要的是，并联机构的运动学正解具有多组解。
通过调整关节空间，未必可以使操作手臂得到我们需要的位姿。
新型3UPRR并联机构的运动学分析与多目标优化
李丽红;张发海;朱磊
【期刊名称】《机械设计与制造工程》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】根据基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和方法,提出一种三平移3UPRR并联机构,通过矢量法建立运动学方程并计算得到位置正解和逆解。
分别研究工作空间、灵巧度、全域同向系数、全域最小奇异值等性能指标。
建立多维性能指标优化目标,选择具有降维和多重信息有效融合特点的主成分分析法(PCA),得到不依赖主观选择的机构评价函数,通过给定运动轨迹仿真验证支链驱动副位移连续且无明显突变跳跃。
最后通过SolidWorks软件模拟零件抓取过程进行仿真验证,研究可为该类机器人的设计应用奠定理论基础。
【总页数】7页(P64-70)
【作者】李丽红;张发海;朱磊
【作者单位】江苏安全技术职业学院智能制造与应急装备学院;中国矿业大学材料与物理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
【相关文献】
1.新型3PUPaR并联机构运动学分析与多目标优化
2.一种新型三平移并联机构的运动学分析与多目标尺度综合
3.新型三平移2PPPa并联机构运动学分析与优化设
计4.一种支链含Pa副的新型2T1R并联机器人的运动学分析与多目标性能优化研究5.低耦合度2PaUU-PPaP并联机构的运动学分析与多目标优化
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3-UPU并联机构的速度和加速度分析陈晓康;魏永庚【摘要】不同于串联机构,并联机构在运动过程中单支链的速度或加速度易发生突变,从而导致并联机构运动末端难以平稳控制.以3-UPU并联机构为研究对象,采用空间封闭矢量法和矩阵分析法,构建机构单支链、动平台虎克铰点和静平台虎克铰点的运动学矢量模型,对矢量模型进行一阶和二阶求导,推导出机构单支链及其构件质心的速度、加速度模型,通过单支链的矢量模型对3-UPU并联机构单支链及其构件质心的速度和加速度进行分析,求解出速度、加速度表达式.该分析为机构的结构参数设计和运动控制等提供了理论设计依据.【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2018(009)002【总页数】6页(P65-69,80)【关键词】3-UPU并联机构;速度;加速度【作者】陈晓康;魏永庚【作者单位】黑龙江大学机电工程学院, 哈尔滨 150080;黑龙江大学机电工程学院, 哈尔滨 150080【正文语种】中文【中图分类】TH113.24随着少自由度并联机构被广泛应用于工业机器人、医用机器人、微定位机器人及太空运动模拟器诸多技术领域，大量学者进行了深入研究。
在并联机构运动学方面，尤其是针对速度和加速度的运动分析，其运动精度是机构本体的一个关键因素。
本文通过3-UPU并联机构的速度和加速度分析，是为进一步提升机构控制的平稳性和精确性，使机构具有较好的动态特性，避免机构在运动过程中因速度或加速度发生突变而引起冲击和振动。
目前常用的方法是通过并联机构杆长与动平台中心点之间建立方程，求导后获得速度和加速度模型，它计算量大、求导运算较为复杂、表达式较为冗长。
近年来许多学者对此问题进行了大量的研究，如王唱等[1]提出基于QR分解的少自由度并联机构运动学的建模方法，他们通过正、逆一阶和二阶影响系数矩阵得到了少自由度并联机构的速度、加速度的约束方程；Liu H T等[2]研究了一种低速运动条件下加速度的分析方法；Lu Y等[3]提出了一种简化速度和加速度的方法；冯志友等[4]采用海塞矩阵法进行了并联机构速度和加速度的推导以及相关学者的大量研究[5-12]，这些研究一定程度上简化了建模的复杂度，减少了计算量，为程序代码的编写提供了方便。
