本文的主要研究内容如下所示:
第一章:介绍了六自由度并联平台的发展背景、国内外研究现状以及应用方向;
第二章:建立坐标系,描述平台的位姿,分析六自由度运动平台的运动学;
第三章:对六自由度运动平台进行动力学分析,得出动力学方程;
第四章:介绍了六自由度运动平台的控制器,通过Matlab进行仿真研究;
第五章:介绍六自由度电动平台控制系统硬件体系结构及各组成部件的参数和功能实现。
第二章 六自由度并联运动平台运动学分析
2。1 引言
构造六自由度并联平台是实现平台系统控制的基础。六自由度并联平台的运动学分析是在铰链约束的条件下研究平台内部各个构件的运动情况,主要从速度、加速度和位置三个方面展开分析和研究,并且把着重点放在可以运动的上平台。在求解位置问题的过程中,位置正解和位置逆解更是重中之重。当已知各个电动缸缸长等具体参数,求解整个六自由度电动伺服平台的姿态和位置,称为位置正解;反之,在已知电动平台的姿态和位置的情况下,求解各个电动缸的位置称为并联平台的位置逆解。本文首先通过建立动态坐标系和静态坐标系,从而更加简单明了的描述出六自由度并联平台的位置和姿态情况,在此基础上分析出各个电动缸位置情况,速度以及加速度的参数关系。相对于逆解问题,运动学的正解较困难,且方法种类多样,本文主要采用的是牛顿-泰勒法完成六自由度并联平台的位置正解。 论文网
2。2 建立坐标系和确定基本结构参数
电动六自由度并联系统主要由三个部分组成:静止不动的下平台,可运动的上平台以及六个电动缸。然而,上平台与下平台之间分别通过上、下虎可铰与电动缸的两端相连接起来。
为了能够清楚的表示动平台的运动情况,这里需要定义静系和动系两个坐标系来共同完成。静系固定在大地上,动系坐标系的原心则设置在运动平台和负载的重心上,从2-1可以得知两个坐标系的x、y、z轴的方向。很显然,只有当六自由度并联机构处于运动初始状态的时候,动态坐标系和静态坐标系重合。
图2-1:电动六自由度并联系统的坐标系示意图文献综述
根据此动平台的特点,我们需要定义五个几何量来描述运动平台的基本结构。分别是:上平台分部圆半径,下平台分布圆半径,上铰短边间距,下铰短边间距,中位时电动缸的上下铰间的距离。
上铰点(i=1,2,…,6)在动坐标系的坐标用齐次坐标可以表示为:
(i=1,2,…,6) (2-1)
下铰点(j=1,2…,6)在静坐标系的坐标用齐次坐标表示为:
(j-=1,2,…6) (2-2)
定义铰点矩阵、B分别为: