论文摘要：基于伺服电机冗余输入的地震模拟振动台关键技术研究

本文研究了一种基于伺服电机冗余输入的新型地震模拟振动台的机构构型、运动特性、奇异性、静刚度、承载力、动力学特性以及伺服电机参数选择等关键技术，取得了如下创造性成果：1．提出两种用于地震模拟振动台的冗余输入并联机构形式，一种直接采用冗余支链实现冗余输入，另一种是采用获得国家发明专利的新型冗余输入接口模块实现冗余输入。该模块用机械方式解决了两种不同输入的协调问题，降低了传统冗余输入并联机构控制系统设计的难度。该输入接口模块的提出，扩大了冗余输入并联机构的选型范围。2．从可操作度的角度出发，用矩阵理论分析了冗余输入消除并联机构位形奇异的原理，给出了精确的数学证明过程。给出了加入冗余输入支链以消除位形奇异的矩阵判别方法。3．提出一种求解冗余输入并联机构静力学逆问题的方法。该方法从机构的约束方程及弹性变形角度，给出了具有冗余输入的空间多自由度并联机构输入力的求解思路，具有普遍的适用性。4．采用划分子结构的方法，利用线性叠加原理建立了具有PSS型支链的并联机构的通用静刚度解析模型。分析表明，定长杆系统变形对整个机构末端变形的影响比丝杠系统变形的影响要大；增加冗余输入支链能够显著提高地震模拟振动台的刚度。该结论适用于所有具有PSS型支链的并联机构。5．给出了冗余输入并联机构伺服电机额定转速预估和电机额定转矩预估的方法，通过正交变换方法给出了伺服电机转动惯量的确定方法；当伺服电机参数全部选定后，提出了一种估算动平台末端加速度变化范围的估算方法。这为冗余输入并联机器人采用伺服电机驱动提供了理论依据。6．基于上述理论成果，研制了DZ10型冗余输入并联地震模拟振动台样机。