旋量键合图在并联机构动力学建模中的应用

doi:10.3901/JME.2015.23.012

机械工程学报 ›› 2015, Vol. 51 ›› Issue (23): 12-20.doi: 10.3901/JME.2015.23.012

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旋量键合图在并联机构动力学建模中的应用

郭菲^1,2, 李永泉^2,3, 宋肇经^1,2, 张立杰^1,2

1. 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛 066004；
2. 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学) 秦皇岛 066004；
3. 燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室秦皇岛 066004

收稿日期:2014-12-14 修回日期:2015-09-06 出版日期:2015-12-05 发布日期:2015-12-05
通讯作者: 张立杰，男，1969 年出生，教授，博士研究生导师。主要研究方向为并联机构及机器人技术。 E-mail：ljzhang@ysu.edu.cn
作者简介:郭菲，女，1986年出生，博士研究生。主要研究方向为电液驱动并联机构动力学建模及性能指标。 E-mail：guof_ysu@163.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51275438, 51405421)

Screw Bond Graph in the Application of the Parallel Mechanism Dynamics Modeling

GUO Fei^1,2, LI Yongquan^2,3, SONG Zhaojing^1,2, ZHANG Lijie^1,2

1. Hebei Provincial Key Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
2. Key Laboratory of Advanced Forging & Stamping Technology and Science (Yanshan University), Ministry of Education of China, Qinhuangdao 066004;
3. Parallel Robot and Mechatronic System Laboratory of Hebei Province,Yanshan University, Qinhuangdao 066004

Received:2014-12-14 Revised:2015-09-06 Online:2015-12-05 Published:2015-12-05

摘要/Abstract

摘要： 旋量键合图将旋量理论与键合图相结合，兼具了旋量理论描述空间并联机构简洁、直观及键合图多能域建模统一、规范的特点。对空间并联机构基本组成单元——构件和运动副，利用旋量键合图，构建动力学模型，并进行模块化处理。在此基础上，调用单元模块，就可建立与可视化的机构一一对应的并联机构旋量键合图模型，按照规则化推导方法，得到适用于现代控制理论的空间并联机构状态方程。以曲柄滑块机构及空间3-UPS/S并联机构为研究对象，验证旋量键合图模块化建模的可行性，给出空间并联机构具有通用性的规则化动力学建模过程，并且进一步分析空间3-UPS/S并联机构匀速及加速运动状态下驱动力、支链约束反力变化规律。这种建模方法的应用为后续构建机器人系统全局动力学模型及控制研究奠定基础。

关键词: 动力学, 空间并联机构, 旋量键合图, 状态方程

Abstract: Screw bond graph combines screw theory with bond graph. It has characteristics of screw theory and bond graph which are simple and intuitive to describe the spatial mechanism, and unified and standard to build the multi-energy domain model. Dynamic models of bodies and kinematic pairs are built by screw bond graph, and then modularized. By using the modules, the spatial parallel mechanism model can be established and the state-space equations which are suitable for modern control theory can be obtained. The slider-crank mechanism and spatial 3-UPS/S parallel mechanism are taken as examples. By using the above method, it is given that the dynamic modelling process of the spatial parallel mechanism which is common and regularization. The motion rules of driving and constraining force under the states motion of uniform and accelerated are analyzed, which lays the foundation for building global dynamics model of the robot system and subsequent control research.

Key words: dynamics, screw bond graph, spatial parallel mechanism, state-space equations

郭菲, 李永泉, 宋肇经, 张立杰. 旋量键合图在并联机构动力学建模中的应用[J]. 机械工程学报, 2015, 51(23): 12-20.

GUO Fei, LI Yongquan, SONG Zhaojing, ZHANG Lijie. Screw Bond Graph in the Application of the Parallel Mechanism Dynamics Modeling[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(23): 12-20.

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Screw Bond Graph in the Application of the Parallel Mechanism Dynamics Modeling

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