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Stewart型六自由度并联机构控制
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六自由度并联机构是近些年研究的热点技术之-。目前该机构已广泛应用于坦克驾驶模拟、高速列车模拟、船舰驾驶模拟、汽车驾驶模拟、飞行器驾驶模拟、等多种驾驶员培训设备及公众娱乐设备之中[1。六自由度并联机构具有如下特点：(1)并联机构运动平台由多杆支承，与串联结构相比刚度大、结构稳定；(2)与串联结构相比，在相同自重与体积下承载能力高；(3)并联机构末端件没有串联结构末端件的误差积累和放大作用，误差孝精度高；(4)基于并联机构的机械很容易将电机置于机座上，运动负荷比较小，而基于串联机构的机械其电机及传动系统都放在运动件上，增加了系统的惯性，恶化了动力性能；(5)在运动学求解上，并联机构正解困难、逆解非常容易，而串联机构的正解容易、逆解十分困难，由于在实时控制这些机构时要计算逆解，故并联机构在这方面很有优势。本文对Stewart型六自由度并联机构的控制步骤进行了描述，提出了-种六自由度并联机构的控制方法。2并联机构反解Stewart型六自由度并联机构的分析是其控制策略设计的基础，因此确定机构模型对之后的研究至关重要。分析其模型的-般方法为先对Stewart化简如图l所示。上下平台间通过六根电动缸和l2个铰点连接，通过l～6六根电动缸的运动驱动上平台做指定的运动。如图l所示上平台建立惯性坐标系(也称为静坐标系)o1-XlY zh和连体坐标系(也称为动坐标系)0n-xnYnzn，静坐标系与动坐标系在初始位置时是完全重合的，坐标系的方向如图l所示。上平台中心在连体坐标系中的坐标向量为ai(il，2，，6)，下平台中心在静坐标系的坐标为B：(i1，2，，6)。这样上下台面的12个点都对应- 个初始坐标值[2l。当上平台位置改变时，可根据平面上点的关系求出新点P的坐标值。PTP0P (1)其中T为动平台姿态的方向余旋 ：TT1 T2T3 (2)0三考l- sins淄0 o ㈥二仅、分别为动平台在xbYbzb方向上的姿态角，得到的T1、T2、T3分别是坐标系下3个方向的余旋。P0为出事坐标值，P为上平台在Xb3Zb方向上的三个位移量。这样有空间几何关系得到平台位置3Ⅱ4的反解计算方程解。∑ LI.7( - ) (P妒-B妒) ( - ) (4)其中为6个缸长值， 、 、PIz为动平台六个铰点坐标值，Blx、Bly、8iz为静平台六个铰点坐标值。综上可得出6个独立的方程，根据上平台的位置与姿态得出六个缸的位移，达到反解出缸长度的目的。3反解模型验证六自由度并联机构的控制精度需要以反解数学模型作为保证，计算中首先需要目标位置的空间位置，然后带入与实际机械结构相吻合的数学模型中求解六个缸的长度。为了保证反解数学模型作的准确性可用SolidWorks件进行1：1模型建立。然后对六自由度平台的缸的长度进行驱动，得出模型的位置。SolidWorks型的目的是验证反解模型的准确性。从而提高运动控制中平台运动的精度。4六自由度平台驱动笔者在试验中选用了伺服电机作为动力系统的电动缸作为平台的作动器。伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是-种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机的常用三种控制方式：(1)转矩控制。(2)速度控制。(3)位置控制。三种控制方式的特点：(1)由于电流环控制响应最快，在要求响应性比较高的环境下可采用转矩控制模式。但是对上位机运算量要求比较大。(2)速度控制模式的响应性较快 ，可用于对响应速度要求较高的工作情况下，对上位机运算量要求较低。(3)位置控制模式的响应性比较慢，可用于响应速度要求不高的工作状况下，由于-部
下转第122页图1 Stewart机构化简作者简介：吴琼，男。1987年 出生，硕士研究生，研究领域为控制工程，研究方向为六自由度并联机构。÷口2013#-2]上第3期总第1 59期 i19In 高端装备制造 China Science&Technology Overview人的感情因素，实事求是地将合格的供应商分为A、B、C三级。评价后，将合格供应商的名录列于材料供应商合格名录”当中，以便于物资部门采购和订货。名录当中不仅要有合格供方的详细资料，还应该包括评价分数、采购范围等内容。这样做不仅可以及时使用到价格合理、质量有保证的配件，还可以通过此种办法打击不规范的经营商。另外，还应有供应商的-般资料(如单位名称、性质、类型、开户行)、通讯资料(如地址、***、传真、联系人)、资质资料(如执照、许可证)等。配件采购员持配件采购申请表”向合格供应商采购，首选A级，其次B级。当A、B两级均无货时才选择C级。采购贵重或大宗配件时应在合格供应商范围内比选三家报价后择优采购。由于时间紧以及A、B、C级供应商均没有所需配件时，可向其他供应商采购。在采购过程中应填写配件采购申请表”，以便于日后核查及添加新的合格供方。已完成采购的配件，应进行入库检验、出库检验、使用过程检验。当配件出现问题时，检验部门、技术部门、供应部门人员应注意分析问题。如果属于配件本身的问题，应在不合格配件记录表”上登记，向供应商退货(换)货，并将退(换)货填入配件退(换)记录表”，作为日后对供应商定期评审的依据♀管员也要对入库配件的价格、时间及时跟踪和检查，必要时上报有关领导，领导可以采取随机抽样、***暗访等形式，通过对比、再报价等方式，检查配件进价是否合理。4建立车辆维修档案和维修资料(1)建立车辆维修档案⊥车从开始使用到最后报废的时间-般为15年。它和人-样，-旦生了脖，没有病历”作参考依据是不
上接第120页本文对前文所提案例采用双重化配置，装设两套完整的电气量保护(包括主保护和后备保护)，当其中-套保护出现问题由第二套带入运行，维持机组正常稳定。两套保护设置为：发电机均独立配置纵差保护，主变分别在发电机出口和厂总变高压侧与低压侧采用大差保护，两者于发电机出口端连接部分形成交叉消除死区。通过机组改造后的测试和运行结果表明：(1)新采用的微机保护较之老旧的电磁型保护，运行性能和保护功能得到了很大改善，同时简化了操作；(2)改造后的发变组保护得到了合理配置，其动作
上接第119页分运算由驱动器完成，所以对上位机运算量要求不高。本次研究的系统对响应速度无特殊要求，所以采用位置控制模式。位置控制模式是应用最广泛的控制模式，被广泛应用与数控机床、医疗器械、动态模拟等应用领域。位置控制模式下的驱动器可接收脉冲指令，可通过上位机和运动控制卡对伺服进行控制。通过发送脉冲数和速度来改变平台运动的位置、速度、加速度达到控制平台的要求。5结语本文对Stewart型六自由度并联机构的控制步骤进行了描述，讲述了Stewart型六自由度并联机构反解的过程、反解模型验证方122 201352)上第3期总第1 59期行的；同时要以病历”为依据，对客车设计、客车制造中的缺陷提出宝贵意见，作为客车行业人应具备这种行为。(2)建立车辆维修参考资料。现代的客车品种繁多，同时新的技术不断应用到客车上，不可能有人将所有新的车型全部修理过，同时需要掌握较多数据。5制定和落实可靠的质量管理制度做好质量管理就要有好的质量管理制度。现在是制度管人，不是人管人，这是科学管理的重要形式。质量管理制度包括 检验员工作制度》、(维修设备管理制度 、 件管理制度 、《汽车维修操作制度》以及《汽修厂诚信评估指标 。制度由公司机务技术科和汽修厂质量管委会共同制定、公司董事会审批，以文本形式落实到每个聘用员工，并定期进行考核和分析，使得制度得以切实贯彻执行。6结语总而言之，汽车客运站是道路客运安全生产的重要环节，确保客车的维修质量不仅关系到人民群众的生命财产安全，也是促进汽车维修管理现代化和技术创新的根本。通过加强客车维修质量管理，把提高汽车维修质量纳入经营管理中，可确保社会效益和经济效益的双丰收”。...
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12345678910大射电望远镜精调stewart平台工作空间研究_计量标准器具_中国百科网
大射电望远镜精调stewart平台工作空间研究
    摘 要:以大射电望远镜精调stewart平台为研究对象,分析了stewart平台工作空间的影响因素,根据给定的馈源可达空间求得了stewart平台支腿长度和运动副转角的极限值,并采用快速极坐标搜索法确定了所得stewart平台的工作空间。0 引 言并联机器人是一类全新结构的机器人,由于其刚度大、承载能力强、操作精度高等优点而成为一个热门研究领域,并且得到了广泛的应用。&新一代大射电望远镜机电光一体化创新设计&所采用的精调stewart[1~3]衡量机器人性能的重要指标,并联机器人工作空间的解析求解是一个非常复杂的问题,至今还没有完善的方法,所以目前只能采用数值解法对stewart平台的工作空间进行分析[4]。由于设想接收射电信号的多波束馈源采用圆极化方式实现,装置在动平台上的馈源绕其本身对称轴的旋转运动并不影响其信号接收[2]。因此,对于精调stewart平台来说,只需工作在五自由度状态下,从而降低了求解其工作空间的难度。文章首先分析了影响五自由度stewart平台工作空间的主要因素,采用快速极坐标搜索算法,确定了五自由度stewart平台的工作空间;并对如何根据给定的馈源可达空间确定stewart平台的结构参数做了研究。通过大射电望远镜50米缩比模型精调stewart平台实例分析,验证了所提出方法的有效性。为大射电望远镜馈源轨迹跟踪方案的确定、进一步研究和设计stewart平台奠定了基础。1 stewart平台工作空间的影响因素大射电望远镜50米缩比模型所使用的精调stewart平台的结构及相应的坐标系如图1所示,六条长度可变的支腿分别与上下平台通过虎克铰和球铰相连,铰点分布水平投影如图2所示。通过改变六条支腿的长度,可以使下平台相对上平台做六自由度的运动。一般情况下,stewart平台的工作空间主要受三个因素的影响:支腿长度的限制、运动副转角的限制和支腿之间的干涉[4]。前面已经提到,对于精调stewart平台来说,只需工作在五自由度状态下,即不要求下平台相对于上平台作绕本身z轴的转动,所以在tewart平台的工作过程中不会发生支腿的干涉。那么,对该特殊的五自由度stewart平台来说,限制其工作空间的因素仅为最大腿长、最小腿长以及运动副转角的最大值。1.1 支腿长度的限制如图1所示分别在上下平台上建立坐标系{o}和{p},坐标原点o、p分别位于上下平台的中心,坐标轴x、x分别位于&b1ob6、&p1pp6的平分线上。得各虎克铰的转角&bi和各球铰的转角&pi都可以用上述方法实现。确定stewart平台工作空间的具体步骤如下:先确定搜索空间,将该空间用平行于xy平面的平面分成厚度为&z的微分子空间,并设这些子空间是高度为&z的圆柱;对每一个微小子空间,按约束条件搜索对于给定姿态的边界,这一步应从z=z0(z0 进行子空间边界的确定时,可采用快速极坐标搜索法[4]。如图4所示,空间用极坐标表示,起始角&0时,极径a0从零递增至机构的各腿长、关节的最大转角满足下面约束条件之一。此时a1即为工作空间边界点,极径为&0。然后给极角&一增量&&后,得到极坐标是(&0,&+&&)的点t,若点t在工作空间内如t1,则递增极径直至满足(8)条件之一即得边界a2,若t在工作空间外,如t2所示,则可递减极径直至满足(8)式条件之一即得a3,重复以上步骤,直至找到所有工作空间边界点。3 根据给定的馈源可达空间确定stew-art平台的极限结构参数在设计stewart平台时,根据已知的工作空间求其结构参数是一个重要的环节。例如,按照对馈源位姿调整的要求,馈源的可达空间是一个圆柱,那么如何确定支腿的最大、最小长度和虎克铰、球铰的最大转角,使设计出来的stewart平台能够满足要求,就成为根据stewart平台机构参数求其工作空间问题的逆问题,但两种问题的解决思路是一致的,仍可采用位置逆解来实现。前已述及,当动平台的中心位于工作空间的边界上时,支腿长度限制和转角限制二者至少有一个满足。所以,可使动平台的中心分别位于给定馈源可达空间边界上不同的点,通过位置逆解求出对应于各点的li、&bi、&pi,筛选出li的最大值和最小值,&bi、&pi的最大值,即为所求的极限结构参数。由以上分析可知,按此结构参数设计的stewart平台的真实工作空间&一定会包含给定的圆柱形馈源可达空间&1,且&1的上下圆周边界曲线恰恰落在&的边界曲面上。4 实例分析大射电望远镜精调stewart平台的结构参数为:上平台半径rb=800 mm,下平台半径rp=200 mm,虎克铰投影点圆心角&b=90 deg ,球铰投影点圆心角&p=30 deg。现根据给定馈源可达空间&1求支腿的最大、最小长度和虎克铰、球铰的最大转角。按照馈源跟踪的要求,&1为一底面半径为250 mm,高为500mm的圆柱,如图5所示。采用3中所提的方法,求得最大腿长为1980.4 mm,最小腿长为1285.0 mm,虎克铰最大转角为35.878 6 deg,球铰的最大转角为41.671 6 deg,从而确定了(9)式的约束条件。取最大腿长为1 980 mm,最小腿长为1 285 mm,虎克铰最大转角为36 deg,球铰的最大转角为42 deg,当下平台相对上平台的姿态角为(0,0,0)deg时,求得stewart平台工作空间如图6所示。由图2可知,虎克铰和球铰虽然对称分布在两个圆周上,但都不是均匀分布,因此图6(b)所示工作空间的轮廓线呈对称性,但不是圆周线。应用要求下平台能对馈源姿态角误差在5 deg范围内进行调整。图7绘出横滚角&、俯仰角&都达到5 deg时,stewart平台的工作空间。5 结 论分析了大射电望远镜精调stewart平台工作空间的影响因素,根据给定的馈源可达空间确定了stewart平台的结构参数。采用快速极坐标搜索法确定了按该参数设计的stewart平台的工作空间。为设计和研究stewart平台奠定了基础。参考文献:[1] duan by. a new design project of the line feed structure forlarge spherical radio telescope and its nonlinear dynamicanalysis[j]. int. j. mechatronics, ):53-64.[2] 段宝岩,苏玉鑫,仇原鹰,等.新一代大型射电望远镜机电光一体化设计研究[j].中国机械工程):.[3] su y x, duan b y. the application of the stewart platformin large spherical radio telescopes. journal of robotic sys-tems[j], ): 375-383.[4] 黄真,孔令富,方跃法.并联机器人机构学理论及控制[m].北京:机械工业出版社,1997.12.[5] dasgupta b., mruthyunjaya t.s. the stewart platformmanipulator: a review[j]. mechanism and machine theo-ry, ) : 15-40.[6] c.gosselin. determination of the workspace of 6-dof par-allel manipulators[j]. journal of mechanical design sep.1990, vol.112.[7] 蔡自兴.机器人学[m]. (第二版)清华大学出版社,2000.[8] 苏玉鑫,魏强,段宝岩.大射电望远镜精调stewart平台工作空间分析[j].西安电子科技大学学报,):243-246.作者简介:段学超,男(1981-),西安电子科技大学机电工程学院硕博连读研究生,研究方向为机器人运动学与控制方向的研究。仇原鹰,男(1958-),西安电子科技大学机电工程学院副院长、教授、博士生导师,研究方向为机电一体化及cae。段宝岩,男(1955-),西安电子科技大学校长、特聘教授、博士生导师。研究方向为机电综合优化设计,先进制造技术。
收录时间:日 21:23:24 来源:中国计量测控网 作者:点击率
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