一种球面并联转台的动力学建模及分析

第４９卷第１３期

２０１

机械工程学报

ＪｏＩ爪ＮＡＩ，ＯＦＭ匝ＣＨＡＮｌＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｖｂｌ．４９Ｊｕｌ．

Ｎ０．１３２０１３

３年７月

ＤｏＩ：１０．３９０１，ＪＭ匝．２０１３．１３．０２４

一种２－ＤＯＦ类球面并联转台的动力学建模及分析木

陈

斌

宗光华于靖军东昕

１００１９１）

（北京航空航天大学机器人研究所北京

摘要：２自由度并联转台凭借其运动方式的特殊性，提高了传统转台在大负载、高速度、高加速度及大范围转动条件下的运动性能，具有广阔的应用前景。显然，精确的动力学模型是实现其高速、高精度运动控制的前提条件。Ｏｍｎｉ．ＷｒｉｓｔＩＩＩ是一种可实现类球面运动的２自由度并联转台，具有结构对称，工作空间大等特点。基于其几何结构的特殊性，建立该机构的几何约束方程，推导出一种简化的动平台运动学模型，在此基础上得到各支链的运动学模型。从机构运动学模型出发，建立基于Ｌａｇｒａｎｇｅ方法的机构动力学模型，讨论转台有效惯量随机构位形的变化规律及简化条件，最后对其动力学特性进行仿真分析。该模型可用于结构组件设计的改进、控制模型的参数识别及电动机的选型。关键词：并联机构运动学动力学拉格朗日法中图分类号：ＴＨｌｌ３

Ｄｙｎａｍｉｃ

ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ２－ＤＯＦＱｕａｓｉ－ｓｐｈｅｒｅ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐａｒａｌｌｅｌ

ｍｅｃｈａｎｉｓｍＫｉｎｅｍａｔｉｃｓ

ＤｙｎａｍｉｃｓＬａｇｒａｎｇｅ

ｍｅｔｈｏｄ

０前言

并联转动机构（以下简称转台）在航空航天、电子通信及摄像遥感等领域扮演着重要的角色，具有重要的应用价值¨。Ｊ。在这些领域中，往往涉及到对目标物体的快速跟踪与定位，所以对作为传感器基座的２自由度转台在大负载条件下高加速度、大范围、高精度转动性能提出了越来越高的要求。为了

国家自然科学基金（５１１７５０１１）和北京市重点实验室开放基金（ＰＭＥＣ２０１２０８）资助项目。２０１２０７２７收到初稿，２０１３０４１７收到修改稿

克服上述问题，国内外开展了一系列的研究，主要集中在少自由度并联转台在空间指向上的应用【４Ｊ。少自由度并联转台很好地继承了一般并联机构结构刚度大、承载能力高、运动惯性小、无误差积累或误差积累较小、运动精度高、动态性能好、结构紧凑的特点，非常适合这一领域的应用需求ｐ剖。但是，目前所开展的研究多集中于它的型综合与运动学分析，而对其动力学研究较少。良好的动力学模型是并联转台驱动电动机选型与控制参数预估的前提条件。

Ｏｍｎｉ．ＷｒｉｓｔＩＩＩ¨１由ＲｏｓｓＨｉｍｅＤｅｓｉｇｎ公司与纽

约大学联合研制的一种２自由度并联转台。它具有高速度、高加速度、大刚度、高指向精度和半球内

万方数据

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