冗余驱动并联机器人多学科设计与性能控制技术

以n-PSS(n>6)等并联机器人为主要对象，研究冗余驱动并联机器人多学科设计与性能控制技术，并进行仿真与实验验证，以期为基于冗余驱动并联机构的地震模拟装备的设计和制造提供基础理论与关键技术支撑。(1)研究不同冗余驱动方式、布局形式与拓扑结构对机器人性能的影响，由此确定较好的机器人结构、布局与驱动方式；(2)研究多学科建模方法、学科分解与规划、优化求解策略与结果评价体系，追求系统在整体上达到性能最优；(3)研究可用于冗余驱动并联机器人的各子学科性能指标和设计准则，提出包含加速度项、速度项与重力项的刚体动力学性能指标，并将以上指标应用于子学科优化设计；(4)研究多学科设计-轨迹规划-振动控制一体化的基础理论与关键技术，以便在不同工况下控制或改善冗余驱动并联结构地震模拟装备这一较为复杂系统的动态性能。这一工作对提高系统的整体性能、推动并联机器人机构设计方法和应用关键技术研究具有重要意义。

中文摘要：结合防灾抗震等应用领域对冗余驱动并联机构重载能力的要求，项目开展冗余驱动并联机器人多学科设计优化与性能控制技术研究，以提高机器人的整体性能。项目以n-PSS(n>6)等并联机器人为主要对象，研究冗余驱动并联机器人多学科设计与性能控制技术，为基于冗余驱动并联机构的地震模拟装备的研制提供理论基础与技术支撑。主要研究内容有：(1)研究不同冗余驱动方式、布局形式与拓扑结构对机器人性能的影响，确定出性能良好的机器人结构、布局与驱动方式。其中，并联机器人结构构型设计方面提出部分新构型，可用于少自由度运动模拟台、机床与数控转台等重负载的应用场合以及灵活性要求较高的超冗余机器人；(2)针对现有的运动学与动力学性能指标存在的问题，研究可用于冗余驱动并联机器人的各子学科性能指标和设计准则，提出包含加速度项、速度项与重力项的力矩指标、功率指标以及关节容量指标，将以上指标应用于子学科优化设计，使通过尺度设计可实现优化机器人在操作空间各方向或关节空间内各关节的性能；(3)研究并联机器人结构设计的多学科建模方法、学科分解与规划、优化求解策略与结果评价体系，提出考虑运动学各向异性与动力学各向异性的并联机器人机构设计方法；(4)研究通过结构优化设计与轨迹规划实现振动控制的技术手段，达到控制或改善冗余驱动并联机器人动态性能的效果。项目研究期间获实用新型专利授权7项，发表论文14篇，其中SCI期刊论文7篇。项目的研究工作在一定程度上丰富了并联机器人性能评估与结构设计理论，对冗余驱动并联机器人的设计与制造具有了较好的参考价值。