六自由度并联平台的鲁棒自适应PD控制算法

在建立六自由度并联平台动力学模型的基础上,采用鲁棒自适应PD算法补偿平台动力学不确定性以进行平台轨迹跟踪仿真。首先利用Matlab-SimMechanics搭建并联平台可视化仿真模型以实时显示并联平台轨迹控制,其次根据Lagrang和Newton-Euler法建立作动器和并联机构上平台的动力学模型。最后利用Simulink搭建并联平台完整仿真模型,从而验证鲁棒自适应PD算法的平台运动轨迹跟踪性能。从仿真结果可认为应用鲁棒自适应PD控制算法的并联机构,可以实现对输入信号的有效跟踪,具有广泛的应用价值。

基于对数变换的6-UCU并联平台姿态插值

六自由度并联平台是一种典型的封闭链式空间机构,为了更好地规划并联平台姿态运动,降低振动幅度。通过对数变换将单位四元数表示成插值简便的三维向量,进而以五次多项式算法进行并联平台的姿态插值,最后将姿态插值得到的插值点映射到四元数空间验证四元数多姿态插值的合理性,并搭建6-UCU并联平台进行实验验证。实验结果可知:单位四元数采用对数变换后插值简便,并且五次多项式算法可确保速度与加速度不发生突变状况,拟合曲线光滑度较高,保障了并联平台运动的平稳性,延长并联平台使用寿命。

Stewart六自由度并联平台动力学模型振动分析

为提高Stewart六自由度并联减振平台控制精度,采用力学分析、旋转矩阵等方法构建了减振平台的速度特性和加速度特性等动力学分析模型和Adams虚拟样机模型,并对该平台在瞬态激励下上端载物平台的位移输出情况、速度情况和加速度情况以及固有特性进行了振动仿真分析.结果表明:1)上端平台的响应较小,最大的位移出现在0.7s左右且能够很快地保持稳定;2)Stewart六自由度并联平台的一阶固有频率较小,低频特性较好,且在大范围的频率段范围内响应稳定.

基于视觉测量的XY-Theta并联平台分步运动学标定

针对一种用于丝网印刷的平面3自由度(Three-degree-of-freedom,3-DOF)并联平台,提出一种基于视觉测量的分步递进的运动学标定方法,解决这类特殊平面并联平台的运动学标定问题。结合矢量法和解析法,建立终端位置和姿态误差与几何误差之间的映射关系,得到误差雅可比矩阵。兼顾测量成本和实用性,搭建双相机全位姿视觉测量系统,通过高精度光刻玻璃进行标定。基于精密视觉测量,对并联平台的重复定位精度进行评估,在此基础上,设计一种分步递进的误差测量、参数辨识、误差补偿试验方案。标定后,终端最大位置误差从标定前的316μm下降至9μm,最大姿态误差从标定前的3.5×10–3°降至1.7×10–3°,该试验结果表明并联平台的终端定位精度得到了显著改善,验证了分步递进的运动标定方法的有效性。

SEM环境下3PRR并联平台奇异区域规避与逃逸控制策略

微纳操作系统是精密操作、精密加工领域重要组成部分。微纳操作系统的载物平台负责放置样品和大行程搬运样品,需要大行程、高精度的定位。宏微结合的方法能弥补精密定位平台行程不足的缺点,而并联机构能实现高精度定位,因此采用3PRR(3自由度,每条支链包括一个移动副(P)驱动和两个转动副(R))并联平台作为扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)环境下的宏微结合精密平台中的宏动部分。为了实现大行程、高精度定位,需要分析机构工作空间与奇异性分布。通过推导3PRR运动学方程,求得机构雅可比矩阵,研究雅可比矩阵特性,求得3PRR并联平台非奇异工作空间分布,把机构雅可比矩阵特性与奇异分布引入控制范畴,提出两种奇异区域规避控制策略与一种奇异位型逃逸控制策略。对机构如何规避奇异区域与进入奇异位型后如何快速逃逸提供了理论指导,仿真分析表明,提出的策略对机构精密定位与可控性提供了保障。

3-UPS/S并联平台结构设计与运动学分析

针对建筑板材安装机器人工作流程及载荷要求,研制开发了用于机器人姿态调整的3-UPS/S结构并联平台。根据板材安装的特定环境,提出了基于倾角和激光测距传感信息反馈的机器人位姿检测方法。建立了机器人并联平台运动分析的数学模型,推导了其姿态运动学逆解方程,并通过ADAMS仿真验证了方程的正确性。试验结果表明,该并联平台的结构设计合理,能够实现大质量、大尺寸建筑板材的自动化安装。

高速柔性并联平台的动力学分析

在考虑轴向力影响下,对刚柔耦合3-PRR平面柔性并联平台进行了动力学建模,分析了柔性并联平台的动力刚化问题和屈曲行为。柔性并联平台由动平台、静平台和三根对称的柔性梁组成,运用拉格朗日法和假设模态法对系统进行了刚柔耦合动力学建模,并建立了柔性梁振动频率和轴向力之间的函数关系。Matlab仿真结果表明:柔性梁受到的轴向力和动平台的速度及位形相关,当柔性梁受轴向拉力时,出现动力刚化现象,固有频率增加;当柔性梁受轴向压力时,出现动力柔化现象,固有频率减小;当轴向压力增加达到极限值时,柔性梁会发生屈曲行为。模态试验和不同速度下的轨迹控制实验验证了所建动力学模型和理论分析的正确性。

六自由度并联平台的空间位置运动算法及实现

本文对六自由度并联电液伺服平台进行了简要概述和分析，着重讨论了该平台的空间位置运动算法。用其算法可方便、简洁地控制六自由度平台在其工作空间内作任意的姿态角度旋转并平稳地运动到目标位置。为此进行了实际的位置算法编程和试验，结果表明该位置控制算法是有效可行的。

直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台视觉精密定位

提出一种直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台,研究并联平台视觉精密定位技术。给出并联平台结构并采用矢量链法得到并联平台运动学模型。针对并联平台动平台位姿测量问题,利用视觉系统作为反馈单元,通过图像处理技术对动平台上的人工特征中心定位,实现对动平台位姿精确测量;针对传统PID关节控制器在实际控制中问题,采用基于扰动观测器的并联平台支链控制器模型。试验结果表明:对于目标位置为(20 mm,20 mm),并联平台半闭环控制精度约为±500μm,而通过视觉定位精度达到±5μm。视觉定位较半闭环控制大幅提高了并联平台定位精度,能够满足并联平台大行程、高精度定位的需求。

基于6-DOF并联平台远端运动在线模拟研究

分析了基于6自由度(6-DOF)并联平台的运动在线模拟技术,以6-DOF运动为研究对象,对6-DOF并联运动平台进行运动建模,阐述了基于6-DOF并联平台的运动在线模拟的实现方法,并实验验证了6-DOF并联平台的运动在线模拟理论与实现方法的正确性。

空间光学遥感器高精度6-DOF并联平台设计与实现

高精度六自由度并联平台可精密调整次镜位姿,实现空间光学遥感器地面光学装调及光学像差在轨主动校正。为解决研制高精度并联平台的多指标多约束结构优化设计及高分辨力驱动支链设计2个难点,建立了六自由度并联机构逆解数学模型及ADAMS参数化模型,确定了结构优化目标函数,结合支链长度、铰链转角等约束进行了结构优化设计,得到并联机构结构参数及驱动支链分辨力需达到60 nm的需求。基于此需求,设计了基于“无刷直流电机+滚珠丝杠+光栅尺”的驱动支链,采用PI控制律实现高精度消静差闭环伺服控制,使驱动支链分辨力达50 nm。对并联平台精度进行光学测试,结果表明,平台带载平移分辨力为0.2μm,转角分辨力为1″,满足指标要求。该平台已成功应用于空间相机的地面光学装调及像差主动校正实验,为在轨应用奠定了理论与实践基础。

海上漂浮2-HUS/U并联平台动力学分析

针对小型化、灵活投放海上漂浮平台的平衡稳定控制需求,提出了一种具备空间二维稳定的2-HUS/U并联平台,其HUS支链为驱动支链,U为恰约束从动支链,采用滚珠丝杆驱动机构。设计的2自由度无冗余结构,为平台的快速稳定平衡提供保证,采用螺旋理论分析验证了2-HUS/U并联平台自由度;根据平台的约束方程导出了位置逆解和Jacobian矩阵,分析了平台的速度、加速度特性和可达工作空间,利用刚体的拉格朗日方法对该平台进行了动力学分析。通过数值算例对并联平台的运动学和动力学分析结果进行了数值求解。结果表明,该平台具备三级波浪10°/s波频的调平能力,满足三级波浪10°波倾角的稳定需求;在45°波倾角和10°/s的波频下,负载需求驱动力为15 000 N,满足海上漂浮平台高负载的驱动需求。通过系统整体的分析,表明所提出的海上平台满足三级海洋环境的需求。

丝网印刷XY-Theta并联平台的定位精度分析及标定

针对一种特殊的用于丝网印刷的平面三自由度并联对位平台,提出了一种改进的误差建模和运动学标定方法.首先,利用平面对位机构的特点,结合矢量法和解析法,构造出动平台位置、姿态误差与几何误差之间的映射关系,得到了误差雅克比矩阵.然后,通过灵敏度分析,评估了各个几何误差源对终端位姿误差的影响.接着,通过辨识性分析,确定了标定几何误差源,随机选取多个位形建立误差辨识矩阵来对几何参数误差进行辨识.Matlab仿真结果显示,辨识值与设定值间的误差小于5%.最后,利用双频激光干涉仪、千分表等测量工具进行运动学标定实验,结果初步验证了标定方法的有效性和实用性.

基于遗传算法和神经网络的六自由度并联平台位置正解

位置正解是并联平台机构应用的基础。提出了用GA +BP混合算法求六自由度并联平台位置正解的方法。首先用改进的Newton Raphson法对数学迭代模型进行求解运算 ,将所得的输入输出数据组作为训练样本 ,再用GA+BP混合算法对该模型进行了精确求解 ,仿真研究表明GA +BP混合算法运算速度快、计算精度高 ,用于求解并联平台机构的位置正解是一种比较理想的方法。

基于小脑模型神经网络的气动六自由度并联平台的复合控制方法研究

针对气动驱动系统的强非线性特性,本文采用基于小脑模型(CMAC)神经网络和PD的复合控制结构,用于气动六自由度并联平台各驱动关节的轨迹跟踪控制,以提高系统的跟踪精度和抗干扰能力。CMAC网络采用不均匀的输入量化函数,在零值误差附近增加量化等级,以提高系统的控制精度;而在误差较大处减小输入量化级数,从而在不增加存储空间的情况下,加大输入信号的范围。系统的仿真和实验结果都表明,与PD控制相比,该方法能有效地提高系统的轨迹跟踪精度。

气动肌肉-气缸并联平台结构设计及位姿控制

为改进传统气缸驱动并联平台刚度低、难以控制的缺点,提出一种由3根气动肌肉和一个气缸混合驱动的并联平台.该平台具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度,其中由气缸控制的平台等效刚度控制系统和由3根气动肌肉控制的平台位姿控制系统自然分离,降低了控制器的设计难度.在对并联平台系统进行建模分析的基础上,采用气缸与气动肌肉控制相对独立的控制策略,针对气动肌肉强耦合、高度非线性的力学特性,设计一种自适应鲁棒控制器对并联平台的运动进行位姿控制.仿真结果表明,该控制器能够获得高精度的平台位姿轨迹跟踪控制效果,其中在线参数辨识部分能够对非线性模型补偿算法进行实时修正,同时控制器具有良好的鲁棒性.

气动人工肌肉并联平台自适应模糊CMAC姿态跟踪控制

着眼类人机器人的腰部应用,设计了一种气动人工肌肉三自由度并联平台。引入一种自适应模糊CMAC(AFCMAC),实现了并联平台的姿态控制。通过规划输入空间,实现了AFCMAC对迟滞力、气压波动等不确定因素和非线性耦合因素的感知。离散抗饱和PID并行监督和离线辨识避免了在控制运行初期出现较大的跟踪误差和气压波动,从而使AFCMAC的在线实时自学习调整成为可能。进行了定点转动姿态跟踪实验和抗干扰实验,实验结果表明,AFCMAC具有较好的姿态控制性能和在线学习调整能力。

基于并联平台的卫星微振动控制研究进展

高分辨率已经成为了目前我国卫星发展的一个重要方向,在这进程中必须要攻克的一个重要技术难题就是对卫星微振动的控制.首先综述了国内外在使用并联平台解决微振动控制问题方面的发展情况,主要是平台研制及性能情况对比,对比发现,基于并联平台的微振动控制技术我国目前相比于国外还存在一定差距.然后对并联平台的典型构型设计、动力学建模、控制系统设计、平台优化以及地面模拟试验等研究进行了详细的总结.最后对我国微振动控制技术未来需要进一步深入研究的问题提出了展望.

六自由度并联平台特性分析及其电液位置伺服系统的CMAC神经网络控制

以六自由度运动平台为研究对象 ,分析了平台的运动学和动力学问题 ,采用了CMAC神经网络作为控制器 ,实现运动轨迹的跟踪。仿真表明所作的运动学、动力学分析是正确的 。

六自由度并联平台的模态分析方法研究

通过实验模态分析和灵敏度分析的方法可以获得六自由度并联平台在典型位姿下的低阶固有频率、振型、阻尼比,并确定其薄弱环节。以BKX-I型并联机床为例对六自由度并联平台的实验模态分析和灵敏度分析方法进行了研究,并提出了提高六自由度并联平台动态特性的具体措施,为其结构的动态设计和优化设计提供了有效方法。