[发明专利]一种针对空间二自由度并联矢量调节机构的精度分析方法

说明书

一种针对空间二自由度并联矢量调节机构的精度分析方法，通过自由度分析选取环形运动链，将环形运动链转换为串联结构，建立包含驱动角度、杆件长度和运动副间隙等参数的运动学模型，补充环形运动约束实现串联机构与并联机构之间的等效，通过误差参数对平台运动精度的影响性分析，获得不同尺度、装配误差下的二自由度并联矢量调节机构运动精度，为构型设计、电机选型和装配工艺等提供理论依据。

技术领域

本发明涉及一种针对空间二自由度并联矢量调节机构的精度分析方法，属于空间并联矢量调节机构控制技术领域。

背景技术

并联矢量调节系统具备体积小、结构简洁、控制快捷的特点，为小行星探测器转移、交会、绕飞提供必要的推力，其指向精度直接决定机构的工作质量。其中，驱动关节运动误差、连杆制造误差和装配误差是影响并联机构运动精度的关键因素。因此，针对空间二自由度并联矢量调节机构，需要建立包含主、被动关节运动副和连杆等物理参数信息的运动学模型，从而获得不同运动、尺度和装配误差下的机构运动精度，为电机选型、构型设计和装配工艺等提供理论依据。

精度分析方法主要分为两类。第一类方法是建立机构运动学模型，利用其正、逆运动学关系，通过与理论模型运行结果进行比对分析误差量对动平台精度的影响。一般根据结构几何特点，如连杆长度等，列写约束方程来建立动平台和定平台之间的运动学转换关系。但是约束方程中通常不包含系统被动运动副，难以分析其装配或间隙误差对系统运动精度的影响。第二类方法是建立机构动平台位姿和误差参数的转换关系，通过求解与误差项相关的微分方程，得到机构精度和误差项的函数关系，如环路增量法，矩阵法，矢量法等。此类方法计算结果复杂，不仅需要进一步对其进行简化或雅可比矩阵降解，而且需要利用动、定平台转换关系求得补偿误差，不适用误差参数较多且具有多环形回路的强耦合二自由度并联机构。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统运动学模型难以分析被动运动副误差参数对系统运动精度的影响和动平台位姿与误差参数之间转换关系建立复杂的问题，提出了一种针对空间二自由度并联矢量调节机构的精度分析方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种针对空间二自由度并联矢量调节机构的精度分析方法，步骤如下：

(1)对需要进行精度分析的二自由度电推进矢量调节机构以任一驱动关节固定连接点为起始节点进行环形运动链选取，并对所有环形运动链进行自由度分析；

(2)于步骤(1)选取的驱动关节固定连接点处断链，将断链后的串联运动链进行支链分解，根据所得各支链及支链DH参数建立各支链运动模型；

(3)根据步骤(2)中断链的固定连接点处的运动约束关系，确定各环形运动链的约束函数；

(4)根据驱动关节预设角度及步骤(3)所得环形运动链约束函数，计算二自由度电推进矢量调节机构的被动关节角度，获得动平台姿态；

(5)分别改变二自由度电推进矢量调节机构中，被动连杆的长度、驱动关节的角度、被动球副径向间隙，重复步骤(1)～步骤(4)，计算不同情况下二自由度电推进矢量调节机构的动平台指向姿态误差和，并进行精度分析。

所述步骤(1)中，对所有环形运动链进行自由度分析的方法具体为：

确定二自由度电推进矢量调节机构具体链接结构，具体包括定平台、动平台、驱动关节、被动球副、驱动连杆和被动连杆，驱动连杆与驱动关节相连，被动连杆两端均与被动球副相连，定平台与被动球副和驱动关节的连接点位姿相对于定平台固定，作为机构的固定连接点，依次为B1、B2、B3、B4、B5、B6，动平台与被动球副的连接点分别为b1、b2、b3、b4、b5、b6。其中，B1、B2、B3和B4、B5、B6关于定平台坐标系{A}的X轴对称，b1、b2、b3和b4、b5、b6关于动平台坐标系{C}的X轴对称。任意选取一个驱动关节，由该驱动关节的固定连接点作为环形运动链初始节点，确定所有环形运动链路径；