六自由度并联机构工作空间分析与优化方法研究及物体空间姿态控制

六自由度并联机构工作空间的改进算法介绍

王博文©

DOI：10.27627/d.cnki.gzmhy.2023.000485

文章提出一种基于数值计算方法的数值扫描改进算法，解决数值扫描法难以避免遗漏干涉位置、计算时间较长等缺陷。利用改进算法求解两种构型的干涉空间，并与数值扫描法的结果进行对比，证明数值扫描改进算法的正确性以及在求解时间、结果准确性方面的优势。其中提到的方法，经过大量可靠数字实验，并经过多级数字化模型和算法代码运行，可以解决物体空间六自由度姿态求解，尤其是创新的高效率算法极大提高MATLAB和C代码运行效率，虚拟样机代码运行低于毫秒级别完成物体空间六自由度复杂姿态反馈和优化轨迹调整校正。

从理论上融合了凸分析和基于矢量理论对机构的运动学与动力学进行分析，求解并联机构的力旋量可行工作空间。对机构在理论可达空间中的非干涉空间与力旋量可行工作空间取交集，得到两种构型的实际工作空间，并给出了动平台姿态对实际工作空间体积影响。将实际工作空间体积、干涉对工作空间的影响和最大姿态角作为工作空间性能的评价指标，对比分析了两种构型在工作空间性能方面的差异。以实际工作空间体积和最大姿态角为优化目标，使用理想点法进行优化设计，得到最优的结构参数。并针对得到的最优参数求解其工作空间性能,证明优化结果的合理性。

虚拟样机采用两种8索6自由度并联机构构型，对并联机构在运动过程中产生干涉的判定条件进行数字化实验，在此基础上进行动平台姿态变化范围、减小干涉空间体积的虚拟样机实验。利用图形化建模方法对动平台特定姿态下发生干涉位置以及特定位置下动平台最大姿态角进行求解，将结果与数值扫描法和改进算法的结果进行比较，进一步证明数值扫描改进算法在求解机构干涉空间方面的优势。论文完成后的时间里作者后续采用平衡重式实体样机进行了动平台姿态的准确性进行了实际物理方式测量和校准，并积累了参数数据。

论文中提出的验证数值扫描改进算法以及干涉空间求解的方法融合基础理论创新，对航空航天领域尤其是空间返回式物体复杂姿态控制代码效率提升有现实意义。

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