Stewart平臺位置正解構(gòu)型分岔及尺度綜合問題的研究.pdf

1、能夠提供空間六自由度運(yùn)動的Stewart平臺型并聯(lián)機(jī)構(gòu)，與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，具有高剛度、高精度、快速動態(tài)響應(yīng)，大的荷重比等特點(diǎn)，在飛行模擬器、飛船太空對接裝置、雷達(dá)、衛(wèi)星天線等系統(tǒng)的定位設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而，由于閉環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，Stewart平臺具有更為復(fù)雜的機(jī)構(gòu)特性。本論文對Stewart平臺型六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置正解、構(gòu)型分岔及尺度綜合等問題進(jìn)行研究。
　　由于運(yùn)動方程的高度非線性，Stewart

2、平臺的位置正解很復(fù)雜。本文研究了應(yīng)用小波網(wǎng)絡(luò)求解Stewart平臺位置正解的方法。首先構(gòu)造了適合逼近多輸入多輸出系統(tǒng)的小波網(wǎng)絡(luò)，通過考慮輸入樣本數(shù)據(jù)的稀疏性，及正交化方法選取適合逼近輸出樣本數(shù)據(jù)的小波元，優(yōu)化了小波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。然后以六自由度Stewart平臺為例，求解了其位置正解。為了進(jìn)行比較，同時(shí)對此問題構(gòu)造了一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果表明，應(yīng)用小波網(wǎng)絡(luò)求解位置正解比用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更好的性能。并且，數(shù)值實(shí)例表明采用小波網(wǎng)絡(luò)的求解結(jié)果作

3、為數(shù)值法的迭代初值，可以取得很好的效果。
　　對于給定的一組運(yùn)動輸入?yún)?shù)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)有可能出現(xiàn)構(gòu)型分岔現(xiàn)象。本文對Stewart平臺構(gòu)型分岔問題進(jìn)行了分析。采用同倫迭代法求解機(jī)構(gòu)裝配構(gòu)型，得到六自由度Stewart平臺的8種裝配構(gòu)型。基于在連桿空間分析并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動狀態(tài)的思想，應(yīng)用桿長向量表示了六自由度半對稱 Stewart平臺的16種典型極限位姿。并利用靜態(tài)分岔?xiàng)l件，對典型極限位姿進(jìn)行分岔分析，得到避免出現(xiàn)構(gòu)型分岔的連桿輸入長度參數(shù)

4、。
　　本文進(jìn)行了在連桿長度范圍內(nèi)可以隨意運(yùn)動的安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型分岔、鉸鏈轉(zhuǎn)角和連桿干涉這些約束條件進(jìn)行分析。然后綜合考慮極限位姿約束條件和連桿所受靜態(tài)力約束條件，提出了安全機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)算法。在考慮了極限位姿約束條件后，所得到的機(jī)構(gòu)基本上具有較好的性能，再對其在整個(gè)連桿行程范圍內(nèi)檢驗(yàn)連桿所受靜態(tài)力是否合理，從而使整個(gè)工作空間內(nèi)沒有奇異點(diǎn)。隨后，求取了一般六自由度Stewart平臺型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的連桿安全行程，通過安全行

5、程與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系的分析，為我們進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取提供了參考。為了進(jìn)一步分析安全機(jī)構(gòu)的性能，采用動力學(xué)仿真軟件ADAMS進(jìn)行仿真分析。
　　結(jié)合兩項(xiàng)實(shí)際的六自由度運(yùn)動模擬器的技術(shù)性能指標(biāo)要求，在對Stewart平臺的工作空間和性能評價(jià)指標(biāo)分析基礎(chǔ)上，本文分別以典型極限位姿的雅可比矩陣條件數(shù)均值最小和工作空間最大為優(yōu)化目標(biāo)，采用遺傳算法優(yōu)化機(jī)構(gòu)的所有結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)出具有較好的全局運(yùn)動性能和較大工作空間的兩種Stewa