基于图像测量的Stewart平台双阶控制技术

Stewart平台具有六自由度运动特性,既可用于隔振,也可用作跟踪平台。但是隔振功能要求系统带宽低,而跟踪功能则要求系统带宽高,二者的矛盾使得使用具有隔振功能的Stewart平台很难实现高精度跟踪。为了解决这一技术问题,引入高带宽的倾斜校正系统,构成双阶控制结构,以提高精度。传统的双阶控制需设计解耦环节,需要独立的测量传感器实现分级控制。本文提出了一种基于单传感器的控制方法,对传统的双阶结构进行改进,避免解耦环节,实现对Stewart-TTM高精度稳定闭环。为了进一步提高系统在带宽内的跟踪精度,设计PI-PI控制器经理论分析以及实验验证：基于单传感器测量的Stewart的双阶控制结构既能够满足隔振要求,又能够实现高精度跟踪控制。     

海洋工作平台波浪补偿控制模型的建立

传统的波浪补偿设备以补偿升沉方向的扰动为主,波浪补偿精度较低,为了更好地补偿海浪对船舶的非线性扰动,提高波浪补偿技术的精确度,本文使用SolidWorks建立了Stewart并联六自由度平台的三维模型,对波浪补偿控制系统的设计及仿真分析进行了研究。首先,本文介绍了双层并联六自由度运动平台结构设计,对海洋波浪补偿试验装置进行了分析,列出了上、下Stewart平台的运动参数。其次,建立了双层并联六自由度平台动力学模型,并建立了六自由度运动平台的坐标系,描述了各坐标系间的变换关系。最后,利用MATLAB进行动力学仿真,设置了双层六自由度并联运动平台的模型参数。     

应用螺旋理论进行Stewart平台机构的静力学计算

应用螺旋理论对并联机器人中常用的一种结构形式-Stewart平台机构进行了静力分析计算，并对我校的一个六自由度试验平台进行了校核，结果表明分析过程简单明了、运算方便。     

液压Stewart平台谐振频率优化设计研究

将Stewart平台的液压分支作为假想的单开链,由空间机构的位姿关系建立其组成构件的局部坐标系(LRFs),并利用RPY角描述方法,通过转移矩阵将各构件的刚度及质量矩阵依次转移到固定坐标系(FRF)中,得到了系统谐振频率的计算公式。在此基础上考虑机构的工作空间、液压缸长等约束条件,构建了综合衡量Stewart平台谐振频率的优化模型,分别采用拟牛顿优化算法(QNA)和遗传算法(GA),对系统的最小谐振频率最大化问题实现优化设计。优化结果表明,最小谐振频率与工作空间是互相制约的,在设计时需综合权衡。     

基于新型阻尼结构Stewart隔冲平台特性分析

针对设备在强冲击环境下的防护问题,根据环形间隙阻尼系数计算公式,并以双出杆阻尼结构为基础,提出一种基于新型阻尼结构的Stewart抗冲隔振平台.通过数值仿真对比了,单自由度下新型阻尼结构与传统双出杆阻尼结构的耗能特性,结果表明相比双出杆阻尼结构,两者的最大阻尼力差值随激励频率的增大而增大,新型阻尼器耗能增加了 28％....     

柔性Stewart平台的动力学建模与控制

根据KED原理建立了柔性支腿Stewart平台的动力学模型.针对该机构为一非线性、慢时变、强耦合、多输入多输出等特点,提出了一种基于优化神经网络结构的PID控制算法来实现大射电望远镜馈源高精度轨迹跟踪.理论分析和仿真结果表明,该控制算法不仅能满足馈源轨迹跟踪高精度要求,而且具有较强的鲁棒性.     

单腿基于Stewart平台的机器人的奇异位形

当机器人处于奇异位形时,其操作平台具有多余的自由度,这时的机器人就失去了控制,因此在设计和应用机器人时应该避免奇异位形.在本文种指出了 Stewart平台的奇异位形存在的条件,通过矩阵分析法和瞬时运动法对所设计的步行机器人并联腿机构的奇异位形进行了分析.     

精密小型Hexapod并联机器人标定实验及精度分析

为了提高精密小型Hexapod并联机器人的运行精度,对机器人进行了标定实验及精度分析.推导了Hexapod机器人结构参数的误差模型、设计了标定步骤和算法,并在三坐标测量机上对机器人进行标定实验;从机构角度对Hexapod机器人的间隙误差来源进行了分析,并推导了间隙误差对机器人位姿误差的映射关系数学模型;推导并分析了计算过程中最小二乘误差、牛顿-拉普森迭代误差的数学模型,分析了机器人结构参数的辨识精度.标定实验结果表明：经过误差补偿,机器人位姿坐标的最大位移误差由0.267 6 mm降为0.010 5 mm;最大转角误差由0.006 8 rad降为0.001 1 rad.Hexapod机器人标定及精度分析方法对于开发精密型并联机器人具有参考价值.     

带柔性铰链的Stewart平台特征值的求解

Stewart六自由度平台在许多方面均有重要的应用，它的连接部件一般为球铰或万向铰，不可避免会产生间隙，这在微小位移的应用中是不允许的。因此，本文采用了无间隙的柔性铰链作为Stewart六自由度平台的连接部件，并推导了带柔性铰链的弹性支杆构成的Stewart平台的动力学方程并编程序求解了特征值问题，经ANSYS软件和实验验证，计算结果正确，表明理论能描述此平台的特性。     

2-DOF精密定位平台的几何误差分步辨识方法

针对一种2-DOF精密定位平台,基于误差迭代法与最小二乘法,提出一种几何误差分步辨识方法．对于给定的期望末端位置,采用迭代法计算出实际的主动关节位置,同时基于含有误差的精确的运动学逆解方程计算期望的主动关节位置,建立几何误差辨识方程;采用最小二乘法求解运动学模型中包含的所有几何误差．采用这种方法,只需测量末端平台沿X轴和Y轴方向的位置误差,即可辨识各种几何误差以及末端平台沿Z向的转动误差．实验结果表明,采用提出的几何误差分步辨识方法可有效补偿平台在平面内的位置误差,使其标定后的绝对定位误差小于6μm．     

基于物理规划的 Stewart 平台多目标优化

应用物理规划方法对500米口径球面射电望远镜(FAST)精调 Stewart 平台进行了多目标优化设计.根据 Stewart 平台的设计准则,将 Stewart 平台的运动精度、重量和工作效率作为目标函数,构造了相应的以目标函数为变量的偏好函数,建立了基于物理规划的多目标优化模型,采用遗传算法对该优化问题进行求解.结果表明,物理规划避免了基于权重的多目标优化方法中权系数难以确定的问题,有效地给出了优化问题的 Pareto 解.     

基于加速度各向同性的空间光学仪器主动隔振Stewart平台设计

为保证高精度空间光学仪器的仪器精度,采用主动隔振Stewart平台作为多维振动隔离系统。基于加速度各向同性定义,考虑负载的质量几何特性,推导了加速度各向同性的解析数学表达式,揭示了各向同性、机构结构以及负载特性之间的联系,给出了柔顺中心的数学表达式以及各向同性Stewart平台的特征不变量。为降低系统非线性及耦合影响,提出以运动正交、加速度各向同性为指标的主动隔振Stewart平台设计,建立了生成一类加速度各向同性隔振Stewart平台的设计方法     

最小二乘法拟合压力传感器二次曲线及精度分析

提出了用最小二乘法拟合压力传感器输入输出关系二次曲线的方法.文中对这两种方法作了比较,并用实例说明二次多项式拟合结果可大大提高测量的精度;其次,采用矩阵运算及MATLAB编程可提高计算效率.     

溶剂残留（甲苯）校准回归方程的建立及评价

目的为了提高溶剂残留检测水平,以溶剂残留中的甲苯为例详细说明校准回归方程的建立以及评价方法。方法以GB/T 10004—2008中溶剂残留分析方法为基础,建立甲苯加权最小二乘法校准回归方程,并通过判定系数、标准差、统计检验、置信区间、控制限、线性范围、不确定度对加权校准回归方程进行系统综合评价,对普通与加权最小二乘法得到的校准回归方程的实际回归效果进行比较。结果加权校准回归方程模型恰当、线性显著、拟合程度高,能有效消除异方差对校准回归方程的影响,显著降低低浓度测定时的相对误差,保证测量结果的精确性、可靠性。结论文中方法对于实验室进行校准回归方程的建立和评价、质量控制以及数据处理和分析具有一定的指导意义。     

Stewart型指尖力传感器结构尺寸对其灵敏度的影响研究

研究了基于灵敏度性能的Stewart平台型六维指尖力传感器结构参数的设计方法。分析Stewart型指尖力传感器的力与应变关系,并定义其灵敏度评价指标,给出传感器结构尺寸对其灵敏度评价指标的影响曲线,这对实现合理设计Stewart平台型指尖力传感器的结构很有意义。     

星敏感器参数标定及误差补偿

针对CCD星敏感器光学系统存在焦距不准确、CCD平面倾斜和旋转及光学镜头畸变等误差因素,在理想针孔模型的基础上,用几何方法建立了星敏感器模型。利用地面实验数据,以最小二乘法解算该数学模型,求出焦距、CCD平面倾斜和旋转因子及畸变因子等待标定参数。将标定出的参数代回数学模型,便可由星象点测量坐标直接计算并修正入射光方向矢量,从而对光学系统的误差进行了补偿。计算结果表明:星对角距统计偏差由标定前41″降到了17″,提高了计算精度。     

Extreme reaches and maximal reachable workspace for rotary tools mounted on a Stewart platform manipulator

Abstract

A new type of problem associated with the extreme reaches of the Stewart platform manipulator is dealt with in this paper. Given a specified orientation of the tool axis, the problem involves finding the extreme distance that the tool bit mounted on the mobile platform can reach from its home position along any specified direction. During the motion, the mobile platform is allowed to be rotated about the tool axis to adjust the configuration of the driving mechanism to prevent premature activation of the kinematic constraints. A numerical optimization algorithm based on the concept of the cyclic coordinate descent method is developed for solving this problem, in which all three types of kinematic constraints, namely the actuator stroke constraint, the passive joint limitations, and the link interference conditions, have been taken into account. In addition, a numerical example is presented to demonstrate the ability of the proposed method to find the optimal reachable workspace of the robot.