Stewart平台的MATLAB集成工具箱设计

摘要

基于Stewart平台的工程应用越来越广泛,而Stewart平台本身的运动学和动力学行为复杂。为了高效地设计新平台,设计相关的计算机辅助设计软件具有一定的工程意义。因为Stewart平台的分析和计算涉及大量的矩阵运算,考虑到MATLAB在矩阵运算和仿真方面的强大功能,本文将致力于在MATLAB环境下设计Stewart平台的集成工具箱。本文采用解析方法推导了Stewart平台的位置正反解、速度和加速度反解以及动力学参数的计算原理,并以此为理论基础,编写了相应的MATLAB环境下的计算程序。利用VRML(VirtualRealityModelingLanguage)建立了Stewart平台静态三维模型。并将以上两部分工作应用图形用户界面开发环境GUIDE技术以及虚拟现实工具箱(VRToolbox)在MATLAB环境下进行了集成。本文针对液压缸的位移、伸缩速度和加速度向量计算进行了试验验证。采用工程上被认为可行性较高的三次样条插值方法对液压缸伸缩速度和加速度进行了插值计算,分别比对程序计算值与实测位移以及伸缩速度和加速度的插值计算结果。试验及分析结果表明该工具箱能够正确地计算出Stewart平台运动学和动力学参数。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 Stewart 平台的概述

1.1.2 Stewart 平台的应用

1.1.3 目前Stewart 平台的研究方向

1.1.4 我国有关Stewart 平台的研究现状

1.2 课题的研究目的和意义

1.3 论文的主要研究内容

第2章 相关软件基本技术与平台基本计算原理

2.1 相关软件基本技术

2.1.1 MATLAB 简介

2.1.2 MATLAB 图形技术及图形用户界面（GUI）设计简介

2.1.3 MATLAB 虚拟现实工具箱（Virtual Reality Toolbox）简介

2.1.4 VRML 技术基础知识

2.2 Stewart 平台运动学基本原理

2.2.1 Stewart 平台基本结构

2.2.2 Stewart 平台位置反解原理

2.2.3 Stewart 平台速度反解原理

2.2.4 Stewart 平台加速度反解原理

2.2.5 Stewart 平台驱动器瞬时流量计算

2.2.6 Stewart 平台位置正解原理

2.3 Stewart 平台动力学基本原理

2.3.1 Stewart 平台运动系统受力分析

2.3.2 Stewart 平台运动系统任务工作空间动力学方程

2.4 本章小结

第3章 系统架构设计与功能模块的程序实现

3.1 系统架构设计

3.1.1 系统架构设计概述

3.1.2 主要功能模块

3.1.3 系统工作流程

3.2 各功能模块程序实现

3.2.1 图形用户界面

3.2.2 计算功能的实现

3.2.3 VRML 三维虚拟模型

3.3 系统运行实例

3.3.1 系统运行环境

3.3.2 系统运行实例

3.4 本章小结

第4章 工具箱计算功能正确性验证试验研究

4.1 试验目的与方法

4.2 试验系统组成

4.3 试验结果分析

4.3.1 液压缸位移与出力的比对

4.3.2 三次样条插值方法简介

4.3.3 液压缸速度、加速度比对

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢