大射电望远镜馈源舱系统Stewart平台的技术研究

FAST大射电望远镜以中科院国家天文台为研制总体,其Stewart平台作为馈源舱内部接收机平台的精调机构,用于减少和抑制整个馈源舱的风激扰动影响,并对馈源运动轨迹进行精调定位。基于目前馈源舱系统的设计输入,完成了Stewart平台的构型选择和参数确定,进而分别从下平台、上平台和伸缩支杆三方面进行Stewart平台的详细结构设计。在结构设计的基础上,利用有限元分析软件ANSYS分别对下平台、上平台和伸缩支杆进行了力学分析。结果表明,该Stewart平台满足设计需求。     

新型数字液压2自由度摇摆台建模与试验研究

摇摆台广泛用于模拟舰船、车辆的运动姿态,在车船设备测试、驾驶模拟器等国防与民用领域都有重要的应用价值。基于此,针对自行研制的模拟海洋环境的2自由度液压运动平台,介绍增量式步进电动机、四边滑阀、非对称液压缸、摇摆台架、同步反馈机构等构成的近似开环控制的系统结构和工作原理,建立其运动学和动力学方程,并通过状态方程描述阀控非对称液压缸换向时的跳变特性。在Matlab/Simulink中构建系统的非线性控制模型框图,将仿真与试验结果进行对比分析,表明了该数字液压摇摆台的可行性。     

救助船模拟器中Stewart摇摆台运动仿真

针对救助船模拟器中液压Stewart摇摆台的空间运动模拟问题展开研究。从机构运动学角度分析各构件的装配约束关系,在3D视景交互软件Virtools的编程环境中,实现摇摆台的三维空间装配,并通过试验验证了装配算法的正确性。以南海救111船（NHJ111）为对象,计算其在不规则波中的时域横摇和纵摇运动,作为输入信号控制三维虚拟摇摆台的运动,并给出摇摆台的6个液压缸活塞杆伸缩量的位移曲线。结果表明,能有效地对Stewart平台进行运动学反解分析,实现对救助船摇荡运动的模拟,为配备有Stewart平台的救助船模拟器的研究奠定基础。     

500m口径球面射电望远镜馈源二次精调平台

采用6-TPS Stewart平台作为500m口径球面射电望远镜馈源的二次精调平台,针对500m口径球面射电望远镜观测时对精调平台设计的特殊要求,基于极限姿态和次最优局部灵巧度,研究了兼顾工作空间、灵巧度以及避免构件间干涉三方面因素的构型参数综合设计方法,给出了一组满足项目要求的构型参数。     

Sliding mode controller with sliding perturbation observer based on gain optimization using genetic algorithm

The Stewart platform manipulator is a closed-kinematics chain robot manipulator that is capable of providing high structural rigidity and positional accuracy. However, this is a complex and nonlinear system, so the control performance of the system is not so good. In this paper, a new robust motion control algorithm is proposed. The algorithm uses partial state feedback for a class of nonlinear systems with modeling uncertainties and external disturbances. The major contribution is the design of a robust observer for the state and the perturbation of the Stewart platform, which is combined with a variable structure controller (VSC). The combination of controller and observer provides the robust routine called sliding mode control with sliding perturbation observer (SMCSPO). The optimal gains of SMCSPO, which is determined by nominal eigenvalues, are easily obtained by genetic algorithm. The proposed fitness function that evaluates the gain optimization is to put sliding function. The control performance of the proposed algorithm is evaluated by the simulation and experiment to apply to the Stewart platform. The results showed high accuracy and good performance.     

大射电望远镜馈源精调试验平台的运动学研究

设计了一种包含两级 Stewart平台构型的大型球面射电望远镜馈源精调试验平台 ,该平台具有位姿实时测量和跟踪定位功能。文中详细讨论了试验平台运动学正逆解的求解方法 ,并按照几何约束条件验证了它的工作空间 ,这些工作可为大射电望远镜馈源支撑系统的结构优化设计提供有益的依据。     

被动式Stewart隔冲平台的刚度特性

建立了Stewart隔冲平台的运动微分方程,分析了隔冲平台3个方向的动态刚度特性,讨论了刚度大小对平台抗冲击性能的影响,对隔冲平台进行了落锤式冲击试验,并与仿真结果进行了对比。研究结果表明:被动式Stewart隔冲平台的三向动态刚度近似呈线性;隔冲平台的横向冲击隔离率大于纵向冲击隔离率,纵向冲击隔离率大于垂向冲击隔离率;试验所得的冲击隔离率达到86.39%以上。研究成果可为Stewart隔冲平台在船舶设备抗冲击中的实际应用提供理论和试验依据。     

一种新颖的6自由度并联机床结构型式及其局部各向同性分析

针对以Stewart平台为原型的6自由度并联机床各项同性和工艺性差等问题,提出一种新颖的6－DOF并联机床结构,应用并联机器人机构学理论,论证了该种结构型式的并联机床在其工作空间内存在速度和力各向同性位姿,具有最佳的运动和力传递性能,选择各向同性位姿为机床初始装配位姿,改进了机床的结构,改善了装配工艺性。     

System structure and contour tracking for a hybrid motion platform

This work investigates the spatial contour tracking on a new kind of motion platform that is constructed by extending the parallel platform with a proven planar motion table. Multi-axis cross-coupled tracking control schemes were developed on the basis of this hybrid structured Stewart platform, which formed a 5-axis working machine. A framework for the functions of this system was established. Roadmap for further development that leads to a highly versatile and efficient precision motion platform was made.     

复摆鄂式破碎机CAD系统的研究与开发

重点介绍了复摆鄂式破碎机CAD系统的组成及研发方法。该系统由设计计算、绘图、数据库三部分组成。系统屏幕菜单的设计采用AutoCAD二次开发技术,绘图程序的编写主要用到Visualisp语言和DCL对话框的设计。数据库是整个设计的枢纽。通过论述构建了清晰可行的复摆鄂式破碎机CAD设计平台,为进一步的商品开发打下了良好基础。     

Accuracy analysis of Stewart platform based on interval analysis method

A Stewart platform is introduced in the 500 m aperture spherical radio telescope(FAST) as an accuracy adjustable mechanism for feed receivers.Accuracy analysis is the basis of accuracy design.However,a rapid and effective accuracy analysis method for parallel manipulator is still needed.In order to enhance solution efficiency,an interval analysis method(IA method) is introduced to solve the terminal error bound of the Stewart platform with detailed solution path.Taking a terminal pose of the Stewart platform in FAST as an example,the terminal error is solved by the Monte Carlo method(MC method) by 4 980 s,the stochastic mathematical method(SM method) by 0.078 s,and the IA method by 2.203 s.Compared with MC method,the terminal error by SM method leads a 20% underestimate while the IA method can envelop the real error bound of the Stewart platform.This indicates that the IA method outperforms the other two methods by providing quick calculations and enveloping the real error bound of the Stewart platform.According to the given structural error of the dimension parameters of the Stewart platform,the IA method gives a maximum position error of 19.91 mm and maximum orientation error of 0.534°,which suggests that the IA method can be used for accuracy design of the Stewart platform in FAST.The IA method presented is a rapid and effective accuracy analysis method for Stewart platform.     

考虑液压缸影响的Stewart平台动力学分析

由于液压系统的特点及Stewart平台的结构特性,液压驱动Stewart平台得到越来越广泛的应用.针对负载小的情况,在对Stewart平台进行运动学分析时,考虑了缸铰点的速度和加速度.详细分析液压缸缸筒、活塞杆两体由于重力和惯性力的作用,在平动和转动时对Stewart平台动力学分析时产生的影响.建立包括液压缸影响的、详细的Stewart平台动力学模型,为Stewart平台的准确设计、分析和控制奠定基础.     

Conceptual design system in a Web-based virtual interactive environment for product development

In this research, a Web-based conceptual design prototype system applied with open-source software (e.g., Java, PHP, etc.) is presented. Aside from the online conceptual design kernel interpreter module, it consists of four parts; a module to extract 3D component hierarchical configurations; a module to plan and view the assembly paths for 3D components; a module to set up the motion paths of components; and, finally, a module to handle the viewing direction of any component or assembly to show the 2D projected drawings in real time. In the first online module, it combines the chosen primitive features with Boolean operators. This module is programmed with the Java 3D module in order to build the CAD components on the platform of interactive design. Then, it infers the 3D configuration by analyzing the 3D modeling history. The configuration is described by a parent–child hierarchical relationship and the relative positions between two features. The positioning information is computed with respect to the VRML specification. The operation and control of the VRML objects is by the behavior modules of a Java applet, which plans the exploded/unexploded paths of the 3-D parts assembly and is specified interactively on the different components. Meanwhile, assigning the viewing direction to show the dynamic assembling process and generating projected drawings is automatically carried out by following the viewpoint assigned by the user. Finally, the system creates the motion file, in VRML format, for the assembly paths and behavioral simulation. This research offers a new virtual environment for collaborating design issues and discussion.     

基于Stewart平台的六轴并联机床的研究

分析了国内外并联机床的研究现状,并阐述了并联机床相对于传统机床的优势。从总体上介绍了研究并联机床所涉及的主要内容。基于Stewart平台模型,提出改进的运动平台机构;根据平台初始位姿和目标位姿,通过逆向解法,计算杆件的伸缩长度;借鉴成熟控制算法,基于“PC＋运动控制卡”控制系统,设计控制规则,综合逆向求解参数,编写控制系统程序代码。     

大型射电望远镜馈源舱对Stewart平台扰动的响应

Stewart平台作为馈源位姿精调机构安装在大型射电望远镜的悬挂馈源舱中 ,与悬索对馈源舱位姿的粗调机构一起 ,构成馈源位姿的两级调整系统。模拟了当Stewart平台对馈源位姿进行精调时 ,馈源舱由于Stewart平台反作用力的扰动而产生的位移响应。根据模拟分析结果和观测精度要求 ,提出了保证馈源位姿两级调整方案成功实施的改进设计     

6自由度3-PRPS并联机器人运动规划分析及仿真

6自由度3-PRRS机构是基于Stewart平台设计出来的一种特殊构型的新型并联机构。为了准确分析该机构运动学特性并从运动规划角度研究机构关键参数与机构运动的关系,建立了有效的运动学模型对机构进行分析,给出了位置反解,同时面向工程应用提出了运动规划,然后利用ADAMS软件进行仿真分析。其中建立了不同平台尺寸比率k的模型,对动平台施加运动来观察、研究比率k的变化对连杆运动产生的影响,给出了3-PRRS机构关键参数比率k与机构运动的关系。分析结果为该类型机构位置反解研究提供了可行路径,避免了大量的数学计算和编程工作,提高了工作效率;并有助于在3-PRRS机构设计中,针对不同应用场景合理选择不同的参数模型。     

一种新型3-RPC柔性精密平台设计与分析

基于3-RPC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-RPC柔性精密平台模型,并在初始构型的基础上对移动副、圆柱副、连接运动副的连杆等进行结构的优化设计,然后采用有限元法对相同尺寸的初始构型和优化后构型进行静力学分析;采用齐次变换法,建立该机构位置正反解表达式,得到柔性精密平台压电陶瓷驱动的柔性移动副输入与上平台微位移输出之间的关系,并进行有限元软件的加载试验,验证正、反解结果;根据设计原理,得出该精密平台的原理误差,计算出功能方向与非功能方向的位移误差,同时对比输出位移和误差大小,用有限元法验证理论分析结果的正确性。研究结果表明柔性精密平台具有运动解耦,结构紧凑,控制方便的特点,具有较好的应用前景。     

基于VL Motion和AMESim的液压六自由度平台联合仿真及试验研究#br#

为研究六自由度平台的优化设计及控制策略,需要对系统进行详细建模。针对液压六自由度平台仿真建模方法进行研究,提出一种机电液联合仿真的建模方法。采用AMESim对液压系统和控制系统建模,Virtual.Lab对平台机构动力学部分建模,通过软件之间的接口将机械、液压控制系统两部分模型联合,建立液压并联机构的通用仿真模型。通过与试验结果的对比验证了仿真模型的正确性。与传统数学建模方式相比,该方法发挥了各软件的优势,使建模过程简捷且高效,适用于复杂装备的设计与研究。     

一种基于固有频率分析的液压6自由度并联机构参数优化方法

液压6自由度并联机构存在固有频率低成本高体积大的缺点,在动态响应要求较高的场合使用常用的优化方法较难得到最佳性能,提出了基于固有频率的参数优化方法,建立了数学模型。考虑了液压系统主要运动部件活塞杆和油缸的摆动惯量,经过准确性验证后分析了液压缸面积、构件质量和结构尺寸等参数对系统固有频率的影响,实现了参数的优化。该优化方法简单、精确、高效,为固有频率较低的液压6自由度平台的参数优化及固有频率指标校核提供了新的理论研究手段,对实际工程具有指导意义。     

空间对接中的Stewart平台柔顺力控制分析

在地面进行空间对接动力学的模拟实验是实现空间对接不可或缺的过程.对Stewart平台进行柔顺力控制是模拟空间对接过程强制校正阶段的要求.提出Stewart平台的柔顺力控制策略,并进行稳定性分析和力稳态值分析,给出稳定条件和控制效果.仿真结果表明了其有效性.