[发明专利]空间六自由度振动阻尼减振方法

摘要

本发明公开了一种空间六自由度振动阻尼减振方法，包括以下步骤：1)搭建六自由度振动阻尼减振机构；2)建立坐标系；3)逆解得出六个阻尼器两端球铰距离；4)列出阻尼Ci和阻尼器两端球铰距离AiBj长度的数学关系，按需求进行阻尼调节。本发明通过一套六自由度振动阻尼减振机构，能够实现运动物体的六自由度阻尼控制；采用并联机构，刚度好、结构简单紧凑，承载力强，稳定性好，并且灵活性好，适应能力强，应用范围广泛，可根据环境和用户需要改变机构的安装结构、尺寸大小等。

主权项

一种空间六自由度振动阻尼减振方法，其特征在于包括以下步骤：1)搭建六自由度振动阻尼减振机构：在定平台(1)上装有六个下球铰(2)，这六个下球铰(2)位于六边形的六个角处，在所述定平台(1)的上方设有动平台(3)，该动平台(3)上装有六个上球铰(4)，六个上球铰(4)也位于六边形的六个角处，六个上球铰(4)所形成六边形的形状与六个下球铰(2)所形成六边形的形状相同，并且上球铰(4)与下球铰(2)一一对应，上球铰(4)与对应的下球铰(2)之间通过阻尼器(5)连接，六个阻尼器(5)不触碰；2)建立坐标系：将减振对象运动物体刚性固定于动平台上，在动平台上建立坐标系O1‑X1Y1Z1，定平台上建立坐标系O‑XYZ，其中O1为动平台几何中心，O为定平台几何中心，O1Y1取O1B1方向，O1Z1和OZ分别垂直于两平台平面，O1X1和OX根据右手法则而定，减振对象运动物体初始位姿所对应的动坐标系和静坐标系的各坐标轴相互平行，Bj′(j＝1，2，3，4，5，6)为动平台的第j个球铰点在动坐标系O1‑X1Y1Z1中的坐标，为相对坐标；Bj为动平台第j个球铰点在静坐标系O‑XYZ中的坐标，为绝对坐标；Ai为定平台第i个铰点在定坐标系O‑XYZ中的坐标，D为由坐标系O1‑X1Y1Z1到坐标系O‑XYZ的变换矩阵，B′j、Bj(j＝1，2，3，4，5，6)和Ai(i＝1，2，3，4，5，6)都用齐次坐标表示；3)逆解得出六个阻尼器两端球铰距离：令动平台绕X、Y、Z轴旋转的角度分别为α，β，γ，则由坐标系O1‑X1Y1Z1到 坐标系O‑XYZ的变换矩阵为 D = cos β cos γ - cos β sin γ sin β x m cos α sin γ + sin α sin β cos γ cos α cos γ - sin α sin β sin γ - sin α cos β y m sin α sin γ - cos α sin β cos γ sin α cos γ + cos α sin β sin γ cos α cos β z m 0 0 0 1 - - - ( 1 ) M＝(xm，ym，zm，1)T为动平台几何中心点在O‑XYZ坐标系中的齐次坐标，则Bj＝DB′j(j＝1，2，3，4，5，6)    (2)当给定动平台的位姿，即已知(xm，ym，zm，α，β，γ)时，解算出每个阻尼器两端球铰距离AiBj的瞬时长度为 L i ( t ) = A i B j = ( x Ai - x Bj ) 2 + ( y Ai - y Bj ) 2 + z Bj 2 - - - ( 3 ) 其中i＝j，即：当i＝1时，j＝1；当i＝2时，j＝2；当i＝3时，j＝3；当i＝4时，j＝4；当i＝5，j＝5；当i＝6时，j＝6，方程(3)即为并联机构的位置反解方程，对应动平台上减振对象运动物体的位姿可直接用式(3)求得六个阻尼器两端球铰距离AiBj的瞬时长度；4)列出阻尼Ci和阻尼器两端球铰距离AiBj长度的数学关系：对六个阻尼器有动力方程为MiL″i(t)+Ci(t)L′i(t)+KiLi(t)＝Fi(t)    (4)其中，Mi(i＝1，2，3，4，5，6)为质量矩阵，Ci(t)(i＝1，2，3，4，5，6)为阻尼矩阵，Ki(i＝1，2，3，4，5，6)为刚度矩阵，Fi(t)为动平台对阻尼器的作用力，Li(t)为阻尼器长度的响应位移，L′i(t)为位移对时间的一阶导数，即速度向量，L″i(t)为位移对时间的二阶导数，即加速度向量；将动力方程(4)写成矩阵形式为 M 1 0 · · · 0 0 M 2 · · M 3 · · M 4 · · M 5 0 0 · · · 0 M 6 × L 1 ′ ′ L 2 ′ ′ L 3 ′ ′ L 4 ′ ′ L 5 ′ ′ L 6 ′ ′ + C 1 0 · · · 0 0 C 2 · · C 3 · · C 4 · · C 5 0 0 · · · 0 C 6 × L 1 ′ L 2 ′ L 3 ′ L 4 ′ L 5 ′ L 6 ′ K 1 0 · · · 0 0 K 2 · · K 3 · · K 4 · · K 5 0 0 · · · 0 K 6 × L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 = F 1 ( t ) F 2 ( t ) F 3 ( t ) F 4 ( t ) F 5 ( t ) F 6 ( t ) - - - ( 5 ) 公式(5)中，只有Ci(t)和Li(t)为未知量，通过方程(5)可以解算出阻尼Ci(t)和Li(t)的关系，由公式(3)可算出Li(t)值，再根据公式(5)计算出阻尼Ci(t)值，然后进行阻尼调节；整个调节过程为：根据运动物体运动规律，按公式(3)计算出Li(t)，再根据公式(5)计算出阻尼Ci(t)值，调节阻尼器使阻尼器阻尼值为计算出来的阻尼Ci(t)值。