[发明专利]基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法，所述方法包括：建立空间笛卡尔坐标系；使用蒙特卡罗模拟方法抽取N组用以分析过约束运动学支承定位精度的锁定力参数样本；针对一组参数样本，根据静力平衡关系建立过约束运动学支承的约束方程；利用广义逆矩阵求解构建的约束方程，得出各个接触点处接触力；将得到的弹性变形等效为并联机构模型中直线移动副的运动输入；判断动平台位姿变化参数是否满足定位精度要求；循环步骤S103到步骤S106直至所有样本计算完成，得到N组样本中满足定位精度要求的样本数目N₂，计算定位精度可靠性。根据本发明的基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法便于高效求解定位精度可靠性。

技术领域

本发明涉及运动学支承性能分析技术领域，尤其是涉及一种基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法。

背景技术

在现有技术中，运动学支承广泛运用于高精度机械部件之间的定位与配合，在航空领域，为了满足特种卫星装备的高精度工作需求，运动学支承越来越多运用于卫星天线板、摄像机、天文望远镜以及其他光学仪器中。一般而言，运动学支承通过6个物理接触点完全限制两个机械部件之间的6个空间运动自由度，进而确保两部件之间的相对位置与姿态稳定。但在航天器中，需要尽可能提高航天器的刚度。过约束的运动学支承具有额外的接触点，其刚度性能优于常用的运动学支承，因此得以快速发展。运动学支承通过添加预紧力确保支承的两个部分紧密接触，由此于接触位置产生的弹性变形是产生运动学支承定位误差的原因，且弹性变形量与预紧力关联紧密，因此需要研究不确定接触力影响下的运动学支承定位精度的可靠性。

不同于常见的6接触运动学支承，预紧力作用下的过约束运动学支承处于超静定状态，使用常用的变形协调方法建模复杂、求解困难，使用有限元方法求解计算成本高，需要大量时间成本来计算定位精度可靠性或进行迭代优化设计等。同时，即便得到各个接触处的弹性变形，使用目前平面拟合等几何方法进行空间定位误差描述存在求解复杂、计算效率低的问题。因此，上述技术存在改进空间。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法，所述基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法有利于提升定位精度分析效率、降低定位误差率。

根据本发明实施例的基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法，包括以下步骤：

S101，建立空间笛卡尔坐标系，构建等效的空间6自由度并联机构模型，将过约束运动学支承的定位精度量化表示为并联机构动平台姿态变化参数；

S102，使用蒙特卡罗模拟方法抽取N组用以分析过约束运动学支承定位精度的锁定力参数样本；

S103，针对一组参数样本，根据静力平衡关系建立过约束运动学支承的约束方程；

S104，利用广义逆矩阵求解构建的约束方程，得出各个接触点处接触力，根据赫兹接触理论计算各定位球的弹性变形；

S105，将得到的弹性变形等效为并联机构模型中直线移动副的运动输入，并进行并联机构正向运动学分析以计算并联机构动平台位姿变化参数；

S106，判断动平台位姿变化参数是否满足定位精度要求；

S107，循环步骤S103到步骤S106直至所有样本计算完成，得到N组样本中满足定位精度要求的样本数目N₂，计算定位精度可靠性。

根据本发明的基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法有利于提升定位精度分析效率、降低定位误差率。

根据本发明一个实施例的基于并联机构模型的过约束运动学支承可靠性分析方法，在所述步骤S101中，适用的过约束运动学支承在原有标准的支承结构基础上增添额外的接触，且运动学支承中接触类型均为球面与平面接触。