平面广义Stewart平台位置正解求解策略及仿真

与六自由度并联机构相比,三自由度并联机构结构简单、易于控制、制造成本低,发展前景广阔。并联机构位置正解研究可为机构的设计提供必要的依据,然而到目前为止,Stewart平台位置正解的求解问题还未彻底解决。采用基于图论的自由度分析法和基于吴消元法的符号计算方法,研究了平面广义Stewart平台的位置正解求解策略。先将平面广义Stewart平台的位置正解问题转化为约束图,再对约束图进行完整约束完备化,生成构造序列,降低同时求解的方程组规模,并用吴消元法求得方程组对应的闭形解。最后对平面广义Stewart平台位置正解进行了基于MapleSim软件的仿真,用实例验证了方法的有效性。

冗余度大型射电望远镜广义Stewart平台

鉴于新一代大型射电望远镜的悬索舱体系统与Ｓｔｅｗａｒｔ平台机构在工作原理上 的相似性，将悬索舱体系统视为广义Ｓｔｅｗａｒｔ平台。为了消除系统的力奇异性，通过增加冗 余悬索，构造了冗余度大型射电望远镜广义Ｓｔｅｗａｒｔ平台。利用作用于舱体的悬索张力与载 荷之间的Ｊａｃｏｂｉａｎ变换矩阵的行列式与条件数，描述了系统工作空间内力奇异性的特点，以 及冗余驱动力消除系统力奇异性的显著效果。

基于广义Stewart平台的精密跟瞄机构动态各向同性优化设计

设计一个各向同性、高精度、满足给定负载特性的Stewart并联机构,满足精密跟瞄机构的精密指向、振动隔离及抑制性能仍然是比较困难的,而且各向同性标准Stewart并联机构对负载的约束条件极为苛刻。为解决这一问题,提出具有容错特性的一类广义Stewart并联机构,定义动态各向同性概念及指标,考虑负载质量几何特性,推导了动态各向同性描述及条件的解析数学形式。将局部动态各向同性与全域工作空间灵活性好、满足运动能力和无构件干涉等目标相综合,建立了精密跟瞄广义Stewart并联机构的优化设计方法。结果表明广义Stewart并联机构能够放松各向同性时对负载的条件约束,设计方法优化并具有工程应用价值。

基于复合单叶双曲面的广义Stewart平台全局动态各向同性优化设计

标准Stewart平台对负载的苛刻要求使其无法实现完全动态各向同性,而基于复合单叶双曲面的广义Stewart平台以解析形式给出了其满足局部完全动态各向同性的参数约束条件,打破了对负载特性的限制.为进一步衡量广义Stewart平台在大运动范围下的模态频率特性,文中基于模态分析理论,提出了一种新的全局动态各向同性指标;以此为优化目标,以局部完全动态各向同性解析条件为约束,提出了满足局部完全动态各向同性且在全域工作空间内具有最优全局动态各向同性的结构优化方法.设计实例表明,该方法为大运动范围Stewart并联平台的设计提供了新路线.

基于ADAMS的Stewart平台运动学分析

针对在Stewart 6自由度并联平台设计中,支腿的运动学及动力学参数理论计算过于复杂的问题,课题组提出了基于ADAMS的Stewart平台反解与正解相结合的分析方法。首先,通过ADAMS反解求得支腿位移参数;然后,将位移参数转换为驱动函数添加在各个支腿上;接着,通过ADAMS正解求解支腿其余运动参数;最后,通过实例对比理论计算与ADAMS分析数据。结果表明:课题组提出方法求得的支腿位移与理论值之差均小于0.01 mm,支腿最大速度及最大加速度与理论值误差均小于2%,从而验证了该分析方法的合理性与科学性。该分析方法为工程中遇到的6自由度平台已知动平台驱动函数求解支腿参数的实际问题提供了一种高效的解决办法。

Stewart平台神经网络非奇异终端滑模控制

针对Stewart平台的六自由度(six degrees of freedom,6-DOF)轨迹跟踪问题,提出一种基于神经网络的非奇异终端滑模控制方法并应用于Stewart平台的位置姿态控制中。通过分析Stewart平台的位置反解和速度反解,建立运动学方程,利用牛顿-欧拉方程建立动力学方程,并结合加速度反解得到了平台的状态空间表达式;基于非奇异滑模面函数,设计非奇异终端滑模控制律。考虑到径向基函数(radial Basis function,RBF)神经网络的逼近特性,采用RBF神经网络对模型未知部分进行自适应逼近,并利用Lyapunov第二法设计了自适应律;通过仿真证明控制器设计的有效性。仿真结果表明,相比于比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制器,提出的RBF神经网络非奇异终端滑模控制器具有更好的轨迹跟踪精度和动态特性。

六自由度Stewart并联平台的参数优化及公差分配

并联机器人的基础设计工作主要涉及两个方面:基本参数设计与公差分配。从机器人可达工作空间进行了推广,引申出广义的可达工作空间,将机器人姿态与位置同时考虑。以广义可达工作空间为优化目标,对6-SPS型Stewart平台进行基本参数的优化,通过粒子群算法(PSO)获得了一组具有更大的位置,姿态可达空间的并联机器人参数。另外,以更低的机器人制造成本为目标,在尺寸公差与形位公差满足机器人设计目标的约束下,对各基本尺寸的公差进行优化分配。通过分析尺寸公差与形位公差对末端精度的影响,建立了大概的公差-精度关系模型。

Stewart六自由度实验平台的测试与分析

基于Stewart六自由度平台设计而成的动感座椅,可以模拟最佳动作效果的各种空间运动姿态,使观众在观看电影或玩游戏时具有更好的代入感和互动体验。为了检测Stewart六自由度实验平台能否为实现特定的动感效果提供硬件保障,首先对其进行了单轴测试,分别测量了其静止和运动时的位置和速度;然后运用MATLAB得到相应的实际曲线,并与理论曲线进行对比分析,从而得出平台运动控制误差的大小;最后,将控制精度需求和误差分析结果进行对比,即可判定是否能为实现特定的动感效果提供硬件保障。

基于WOA-Elman的Stewart平台位姿正解

为了高效而准确地求解Stewart平台的正解问题,在本研究中,采用了鲸鱼算法来优化Elman神经网络模型。对Stewart平台的六根连杆长度和平台位姿的运动学模型进行了详细分析,并通过平台位姿反解数据创建实验数据集。关于Elman神经网络模型,引入鲸鱼优化算法对该模型进行了优化,以提高计算性能和精度,从而建立了WOA-Elman模型,用于求解Stewart平台的正解。通过详细的仿真分析对模型进行评估,并通过实验来验证模型的有效性。研究结果表明,采用鲸鱼算法优化的Elman神经网络模型在求解Stewart平台正解问题方面表现出色。该模型展现出出色的非线性拟合能力和高度的计算精度,能够快速而准确地求解Stewart平台的位姿正解问题。这一研究成果为解决Stewart平台位姿正解问题提供了一种高精度的方法。

基于对偶四元数法的Stewart平台运动学研究

作为一种多自由度并联机构,Stewart平台在工业自动化、飞行模拟及医疗设备等领域具有广阔应用前景。研究Stewart平台的运动学特性,并提供数学模型和解决方法,可以实现对其运动和位置的准确控制。基于6-UPS型Stewart并联机器人平台,引入了对偶四元数的概念,探讨了Stewart平台的运动学特性,提出了一种高效的并联机器人运动学求解算法。研究结果表明,在描述并联机器人的运动学中,对偶四元数法具有更简洁的表示形式和更少的用来表示刚体位姿的未知数个数,具有明显优势。

基于广义力平衡原理的Stewart平台机构标定

通过分析Stewart机构各运动副的制造误差和安装误差,以及其对雅可比矩阵的影响,利用雅可比矩阵和一阶静力影响系数之间的对偶关系,提出基于广义力平衡原理的Stewart平台机构标定方法。该方法通过测量平台各缸作用力,避免了测量虎克铰空间坐标难的问题。通过对平台进行广义力加载测量,得到平台平衡状态时互不相关的广义力和各单缸力的实验数据,最后利用最小二乘法拟合得出实际的一阶静力影响系数,从而标定出机构初始状态时的各铰点空间坐标。实验表明,该方法所标定出的Stewart平台机构参数,能使平台的运动学模型更为精确,有效地提高了平台的定位精度。

基于Jerk约束的Stewart平台在线轨迹规划

为解决高精度Stewart平台在点位控制下生成平滑轨迹和在线更新轨迹问题,提出了一种基于Jerk约束的在线轨迹规划方法。首先,提出单自由度轨迹决策算法确定各自由度时间最优轨迹曲线;同时,为获得非线性轨迹方程目标最优解,提出基于Quasi-Monte Carlo和Brent算法的数值分析方法;然后,根据多自由度时间同步轨迹规划方法确定平台运动轨迹;最后,通过仿真实验验证算法实时性与可靠性。实验表明:算法满足毫秒级实时性要求,平台能够根据外部命令实时更新轨迹参数序列,最终使平台稳定到达目标运动状态。

基于位姿预测补偿的Stewart平台自稳定控制策略研究

针对船舰及海洋浮式平台上的设备容易受海浪的干扰,导致设备寿命减少、无法正常工作等问题,采用Stewart机构作为海上设备的稳定平台,提出基于位姿预测补偿的Stewart平台自稳定控制策略,使用ADAMS和MATLAB软件联合仿真对该控制策略进行验证,并且与无位姿预测补偿的Stewart平台自稳定控制方法对比,仿真结果表明:在输入扰动相同、使用相同的驱动电动缸并且存在延时情况下,加入了位姿预测补偿的Stewart平台控制方案能够将平台的最小扰动衰减率从65.6%提升到98.1%,具有较好的稳定效果。

某Stewart并联机构船载稳定平台控制系统设计

对于船舶或海上结构,由于海浪作用会产生横摇、纵摇和艏摇,对船上的仪器、设备和船员有很大的影响。Stewart并联机构因其精度高、重量轻和承载大等优点,被应用于船载稳定平台,用于隔离船体摇摆的扰动。文章针对某基于Stewart并联机构的船载稳定平台设计了控制系统,首先对机构进行运动学分析,分析其在补偿船摇控制时的运动形式;然后设计了伺服控制系统硬件,并设计工作空间闭环控制策略;最后通过实际实验测试,证明该系统能够实时调整姿态保证负载设备安装面水平,设计合理,稳定精度高。

海洋工作平台波浪补偿控制模型的建立

传统的波浪补偿设备以补偿升沉方向的扰动为主,波浪补偿精度较低,为了更好地补偿海浪对船舶的非线性扰动,提高波浪补偿技术的精确度,本文使用SolidWorks建立了Stewart并联六自由度平台的三维模型,对波浪补偿控制系统的设计及仿真分析进行了研究。首先,本文介绍了双层并联六自由度运动平台结构设计,对海洋波浪补偿试验装置进行了分析,列出了上、下Stewart平台的运动参数。其次,建立了双层并联六自由度平台动力学模型,并建立了六自由度运动平台的坐标系,描述了各坐标系间的变换关系。最后,利用MATLAB进行动力学仿真,设置了双层六自由度并联运动平台的模型参数。

Stewart平台机构标定的鸡尾酒法

针对Stewart平台机构的标定提出了一种方便、实用的方法--鸡尾酒法,该方法采用正解方式自动构造结构误差雅可比矩阵,并采用了与测量方式相一致的广义坐标。通过该方法可以利用各种普通的测量工具或者各种测量工具的组合使用对Stewart机构进行标定,避免了利用专门工具进行空间多维坐标测量的复杂性。同时还对标定过程中所涉及的误差雅可比矩阵的建立及求解方法、结构误差耦合情况、不同误差项的加权以及新增测量项的处理等问题进行了详细介绍。

通用Stewart平台运动学正向数值求解方法及应用

为了得到通用Stewart平台的运动学正向求解非线性方程组的全部解或者使其求解效率满足实时应用,研究人员进行了长期的研究,找到多种解决方案,但是不同方案之间缺乏系统的比较。为此,对并联机构的运动学正向数值求解研究进行了综述;并且,针对通用Stewart平台的四种典型运动学正向数值求解方法,在精度一致的前提下,比较了计算效率。结果表明,改进的Jacobi矩阵法的计算时间开销在1ms以内,计算效率最高,建议在实时场合下应用。

考虑驱动分支惯量影响的Stewart平台动力学研究

基于达朗伯原理和等效力法 ,建立了处于实际工作状态时的Stewart平台的动力学模型 ,重点分析了 Stewart平台中各驱动分支的运动学、动力学特性。并对 Stewart平台在其动力学分析和设计中 ,能否忽略各分支的惯性影响进行了分析。仿真结果表明该方法易于求解 ,适用于需考虑各分支惯量影响的 Stewart运动平台。

Stewart平台动力学建模及鲁棒主动隔振控制

未来复杂航天器低频模态密集,其敏感载荷要求很高的指向精度和稳定度,只对航天器本体姿态控制很难满足要求。本文采用Stewart超静平台对敏感载荷进行6自由度主动隔振,建立了非线性动力学模型,并根据线性模型设计了多变量鲁棒控制器,采用DK迭代算法求解。频域分析可得Stewart平台对3～800Hz的扰动主动隔振大于25dB,仿真证明Stewart平台对10Hz谐波扰动隔振性能优于40dB,对白噪声随机扰动隔振性能优于30dB,有效抑制了微小扰动,起到了6自由度超静隔振平台作用。

基于Stewart平台数控机床的轨迹规划研究

根据虚拟轴机床在制造业中的应用特点，阐述多余自由度的概念，提出利用优化多余自由度实现刀具轨迹规划的策略。在大量仿真实验结果的指导下，提出一种更加简单的确定多余自由度的方法，该方法可以在机床的实际控制中快捷地实现刀具轨迹规划。