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。

4-Stewart并联平台的运动学分析

提出了一种可应用于实现多路况模拟的多车型通用汽车驾驶训练装置的4-Stewart并联运动平台。介绍了该平台的组成,在Solidworks中构建了该装置的三维模型。首先,对4-Stewart并联平台的汽车驾驶模拟器进行了机构说明,并建立了坐标系;其次,以汽车和四个较小的六自由度Stewart并联机构构成的运动平台为研究对象,利用空间结构分析方法,得出了汽车驾驶训练装置的运动学反解方程,并用MATLAB编程进行了具体的数值计算;最后,在相同车型、能够实现相同运动输出的情况下,计算传统的汽车驾驶模拟器的结构尺寸和驱动副的输入范围,将各相关参数与4-Stewart并联运动平台相比较,得出了该运动平台体积小、加工工艺好、易控制等结论,为进一步的研究奠定基础。

一种三自由度Stewart并联平台重心稳定分析及Simulink仿真

以三自由度Stewart并联平台为研究对象,提出了一种Stewart并联平台重心稳定的分析方法,并对其进行Simulink仿真。利用三维建模软件Creo建立三自由度Stewart平台的三维模型。通过Creo里的接口,将Stewart平台三维模型导入Simulink中生成对应的Simmechanics模块,包括3条运动支链,每条支链由铰链、电动缸、驱动杆、动、定平台等组成。在Simulink的仿真环境中,对3条支链的电动缸添加驱动模块,再使用Fcn函数编程,使驱动模块对电机施加驱动,从而产生驱动杆不同的伸长量,达到动平台的预定运动轨迹。在Simulink环境下,通过编程实现三自由度Stewart并联平台动平台的一种特殊运动,即动平台与水平面成一定的二面角旋转一周,而动平台自身的重心保持稳定。

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.

Stewart平台式并联机床的干涉计算

并联机床是一种特殊的机床 ,类机器人的并联结构使得机床的干涉问题相对突出。为此对并联机床的干涉问题进行了分类 ,针对两类干涉问题 ,分别讨论了进行干涉计算及检验的方法 ,并给出了并联机床中连杆与连杆、连杆与主轴电机不发生干涉的条件 。

基于Stewart平台的6-SS并联天平结构优化设计

良态的雅可比矩阵决定并联机构的性能 ,并决定了其结构参数是否合理。本文利用矩阵的 F-范数研究一种新颖的并联天平力雅可比矩阵 ,以力雅可比矩阵的条件数为目标函数进行并联天平结构优化设计 ,推导出优化目标函数以 5个基本结构参数表达的解析式。利用数值解法求出目标函数关于过渡变量的最小值 ,并用矩阵2 -范数加以验证 ,找到 8种保证并联天平精度的优化结构。该法同时也为六维力

大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人伺服带宽分析

利用有限元通用软件 ANSYS建立了大射电望远镜精调 Stewart 平台并联机器人的有限元模型;采用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了该模型的参数化设计;通过对任意位姿结构进行模态分析,计算出并联机器人在其工作空间内的固有频率分布;根据伺服系统设计原则,确定了该并联机器人的伺服带宽。

平面平台型Stewart并联机构的奇异性分析

提出一种研究平面平台型Stewart并联机构奇异性问题的新方法。采用四元数描述旋转矩阵,并将矢量的坐标扩展为4维形式,通过分析动平台位置与姿态变量之间的耦合关系以及四元数的性质,得到采用8个二次方程式表达的运动方程组。应用该运动方程组进一步导出平面平台型Stewart并联机构的一种新的雅可比矩阵,通过对该新雅可比矩阵求取行列式,得到了奇异性轨迹关于位置姿态变量的解析表达式。根据奇异轨迹解析表达式就可以确定奇异轨迹在空间的分布情况,无论是位置奇异还是姿态奇异都是适用的。通过一个具体的计算实例来验证新方法的正确性。提出的新方法可用于所有具有平面平台的Stewart并联机构的奇异性分析。

Stewart并联机构主动隔振平台的非线性L_2鲁棒控制

以Stewart并联机构主动隔振平台为研究对象,提出一种非线性L_2鲁棒主动隔振控制方法.应用牛顿—欧拉方法建立了由直线音圈电机驱动的隔振平台的完整动力学模型.在模型非匹配不确定性的上界未知的情况下,充分考虑动力学模型的非线性特性、参数摄动以及未建模动态等因素对隔振控制的影响,设计了模型非匹配不确定性上界估计的调节律并推导出鲁棒主动隔振控制律.通过构造合适的存储函数,在理论上证明了系统的稳定性和满足L_2性能准则的隔振性能.仿真结果表明,该方法能有效地抑制6个方向的低频振动,得到满意的隔振性能.

基于Stewart平台的并联机床刚度分析

刚度在机床设计中至关重要。讨论BKX-I型并联机床的刚度问题,通过采用结构矩阵分析方法和有限元分析方法,分别建立BKX-I型并联机床的刚度模型,并进行分析和比较。在此基础上,分析BKX-I型并联机床的刚度在工作空间中的分布规律。

基于Stewart平台的并联机床静刚度分析

对基于Stewart平台的并联机床进行了系统描述,计算了并联机床的自由度,利用UG NX8.0建立了并联机床的实体模型,针对并联机床复杂的机械弹性系统采用ANSYS14.0建立了有限元模型,对传动链中的铰链进行了适当地模拟。通过划分单元类型、施加载荷、求解与后处理得到动平台在广义工作空间下的刚度分布规律,从而为并联机床优化和结构改进提供了可靠的理论依据。

Stewart平台式并联机床的一种运动及受力分析方法

并联机床被誉为21世纪的新型加工中心,但它所能发挥的性能仍受到现有机构计算理论、测量及标定方法的限制.目前已有的正向求解方法,由于非线性的影响,有求解过程复杂和多解的问题,难以用于并联机床的运动控制,为此,建立了6-3 S tew art平台式并联机床结构的运动学和力学模型,其中采用对称分布的3个位移传感器用于机构的位置分析,并将降阶的运算操作与传感器方式相结合,实现了机构分析的正向算法,并开发了数值模拟程序.这种方法明显降低运算消耗,并提高了精度.

一种串并联式Stewart平台机构的误差分析

设计了一种由双级并联机构组成的位姿精调试验平台 ,分析了平台上每个铰链点的位置误差和各支链的长度误差对试验平台末端执行器运动精度的影响 ,建立了试验平台末端误差的数学模型。仿真结果表明 ,该机构的位姿误差具有线性叠加性 ,这种串并联平台末端误差的相对变化量很小 ,基于该构型的试验平台可达到较高运动精度。

Stewart平台6-DOF并联机器人完整动力学模型的建立

采用RPY角描述方法,基于拉格朗日方程建立了Stewart平台6-DOF并联机器人完整动力学模型。此 模型具有与一般机器人相同的结构,同时给出了模型所具有的基本性质。

电液3-UPS/S并联稳定平台参数振动特性分析

针对电液3-UPS/S并联稳定平台驱动液压缸的压力脉动所产生的参数振动,建立了稳定平台的参数振动方程并利用多尺度法求解了主共振响应与组合共振响应的一次近似解;分析了主共振与组合共振响应特性以及振动幅值在初始工作空间内的变化规律,最后采用四阶龙格库塔法与模态试验对参数振动模型进行验证。结果表明:数值解与理论解之间的最大误差为4.20%,固有频率理论值与试验值之间的最大误差为4.66%,可验证参数振动模型的正确性。

基于多目标蚁狮算法的Stewart平台优化设计

针对Stewart平台传统结构优化设计中,存在的设计过程低效、优化方案不全面以及优化结果不直观等问题,在深入分析Stewart平台运动特性的基础上,建立平台的运动学方程,并通过仿真技术求解出平台的可达工作空间以及灵活工作空间。文中将多目标蚁狮(MOALO)算法应用于Stewart平台的结构优化设计,以雅可比矩阵条件数以及可用操作度为优化目标,通过仿真软件得到多组优化解,即帕雷托优化解集;以用作运动模拟器的Stewart平台为例进行具体的优化设计分析,通过对灵活工作空间体积占比的求解,验证了该算法的有效性和可行性。在Stewart平台的结构优化设计中,MOALO算法相较进化遗传算法、多目标粒子群算法等,在多目标优化问题上具有更好的收敛性和覆盖性,更符合实际多目标优化工程设计。

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。

六自由度并联平台惯性参数辨识方法

惯性参数辨识对多自由度并联机构动力学控制至关重要,而传统的辨识方法存在操作复杂、精度差等问题。现提出一种基于动力学分析的六自由度并联平台惯性参数辨识方法。该方法以伺服电机的驱动电流为基础,采用Kane法对并联机构进行动力学分析,建立电流、转矩和推力之间的传递函数,在此基础上构建激励力与平台位姿的辨识方程,即可求解并联平台的惯性参数。基于MATLAB与ADAMS的六自由度并联平台参数辨识仿真分析结果表明,质量与转动惯量辨识误差分别小于2%与7%。与解体测量法和CAD法相比,本方法具有更快的辨识速度与更高的辨识精度,为并联平台动力学控制打下基础。

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。

机载光电平台主被动并联复合减振技术

针对制导跟踪系统中的机载光电平台在工作时受载机振动和气流扰动引起的宽频随机振动干扰,导致稳定精度下降、图像模糊、跟踪脱靶等问题,提出主被动并联复合减振控制技术。分别采用三环伺服控制和自抗扰位置控制策略,搭建基于音圈电机的单自由度机载光电平台主被动并联复合减振系统。仿真结果表明,主被动复合减振系统可有效降低振动信号对光电平台的影响,并且加入主动减振控制后的系统可以拓宽减振频宽,抑制低频振动信号且信号幅值可在被动减振基础上再次被有效衰减2个量级以上。