并联机构奇异点动态稳定性研究

Singularity is the inherent characteristic of parallel manipulators. To eliminate its negative effects on the performances, the load ability in the whole working space of parallel manipulators in the design stage is of quite important merits. This research object, i.e. the research on the stability analysis of the singularity for parallel manipulators, takes the above as the goal. Trough analyzing the effects of the self dynamic parameters and the input parameters on the singularity dynamic stability, the dynamic parameters distribution spatial models which meet the requirements of the dynamic stability margin, the load abilities, and the anti-disturbance ability will be figured out. By selecting the dynamic parameters and input parameters from this distribution models properly, the designer can eliminate the singularity of parallel manipulators in the design stage. In this way, the dynamic stability, the load abilities, and the anti-disturbance ability of parallel manipulators are enhanced. Consequently, the parallel manipulator can work in the whole working space with the desired moving configurations and the load capability, as well as the anti-immunity to the disturbance without meeting the singularity problem. The dynamic stability, the controllability and the safety of the parallel manipulators especially in the application fields of the aerospace and the aeroengine will be benefited from the research of this project.

运动奇异性是并联机构的固有特性。在设计阶段消除运动奇异对并联机构的消极影响，对于改善并联机构工作性能，提高整体工作空间载荷能力，具有重要的理论意义。并联机构奇异点动态稳定性研究课题，通过分析并联机构自身动力学参数和输入动力学参数对其奇异点动态稳定性的影响，给出满足稳定裕度要求、载荷能力要求和抗扰动能力要求的并联机构动力学参数空间分布模型。借助于这些空间分布曲线面，设计者通过合理确定并联机构的结构参数、动力学参数和输入控制参数，在设计阶段能够消除奇异性对并联机构的消极影响，从而提高并联机构在整体工作空间的运动稳定性、载荷能力和抗干扰能力。该研究对于提高我国航空航天并联装备的安全性和可控性，具有重要的理论价值和国防应用价值。

运动奇异性给并联机构的控制与性能带来极大地消极影响，在设计阶段消除并联机构运动奇异性，对于改善其工作性能，提高整体工作空间载荷能力，具有重要的理论意义与应用价值。本课题根据并联机构奇异点动力学稳定性的Liyapunov判据，以特征根负实部绝对值作为稳定裕度，研究了并联机构自身动力学参数和输入动力学参数对其奇异点动态稳定性的影响。取得的创新性研究成果为：. 单纯或者联合改变外力大小或方向,难以获得满足稳定性要求的外载荷，不建议采用施加外力来提高奇异点动态稳定性；对于给定的奇异位置，增大第一或第三速度与加速度综合项取值，有利于减小特征根正实部的分布子区间，系统奇异点动态稳定性得到改善；单纯调整速度与加速度综合项，并不一定能够得到全部特征根负实部分布子区间的公共交集，需要联合质点系的初始速度，进行综合调整；提高奇异位置动平台角速度与质心速度，是提高失控自由度方向载荷能力的有力措施有，当外载荷作用方向与失控自由度方向垂直时，满足动态稳定性的载荷分布空间最大。. 上述研究，提出了一种利用并联机构自身动力学特性和输入关节轨迹规划，改善并联机构奇异点动力稳定性的新方法。相对规避并联机构运动奇异性的轨迹规划、冗余驱动方法，所提出的方法能够实现奇异点的稳定动力输出；相对变质量改善奇异点动力稳定性方法、扰动函数方法，所提出的方法具有不增加附加变质量控制系统，通过关节轨迹规划，在设计阶段解决并联机构整个工作空间奇异点的动力稳定性消除问题。该方法在航空航天、大型并联装备制造业等具有广泛的应用前景。