6DOF运动平台开发与研究

摘要

Stewart平台最初是用于模拟飞行器的装置，九十年代，Stewart平台结构被用于机床设计，一些并联机床的样机相继在美、日、俄、中等国问世。尽管并联机床被认为具有结构简单，适合曲面加工等优点，但也具有工作空间有限且受刀具姿态影响大等缺点，更何况国内外学术界和工程界对并联机床的加工精度能否达到传统机床的水平还没有定论。这些因素将制约并联机床在我国的研究和发展。通过本课题的研究将为并联机床运动平台的结构设计和精度设计提供理论依据，从而进一步提高了并联机床的加工精度。 首先，利用Stewart运动平台的MSP模型，介绍了平台的位置反解和雅各比矩阵常规算法，本文利用ADAMS对并联平台进行了分析，得出了ADAMS求解动平台和各连杆的速度，加速度，角速度，角加速度的方法，提出并联平台正反解求解的新思路。仿真的结果一方面大大简化了求解问题，另一方面也验证平台设计的合理性。 其次，并联杆系平台的结构干涉和工作性能是由平台的自身结构所决定的，本文分析了影响平台的工作空间、刚度的因素，建立了并联平台支承腿之间及虎克铰结构干涉的数学模型，利用该数学模型可以判断是否发生了结构干涉，并对Stewart平台端点刚度矩阵及工作空间进行分析，为并联机床的进一步研究提供参考。 第三，为提高机床精度，本文考虑了铰链间隙的影响，并建立了Stewart平台的几何误差模型，在此基础上，用蒙特卡罗方法较全面地分析了包括铰链间隙在内的各类几何误差源对输出误差的影响，同样利用蒙特卡罗方法，对Stewart型并联平台进行了精度综合，为铰链的配合精度的选择提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1本课题的学术背景和实际意义

1.2 Stewart机构的国内外发展现状

1.2.1结构设计领域

1.2.2运动学仿真领域

1.2.3精度设计领域

1.3并联平台设计理论与技术

1.3.1并联平台软件设计

1.4课题来源及本文主要研究内容

第2章运动平台的ADAMS分析

2.1 Stewart平台的运动学模型

2.1.1 Stewart平台的动平台姿态描述

2.1.2 Stewart平台的运动学反解

2.1.3 Stewart平台的雅各比矩阵

2.2仿真的实现

2.2.1 ADAMS模型仿真

2.3本章小结

第3章并联运动平台的干涉及工作性能分析

3.1结构干涉的数学模型

3.1.1两个圆柱体轴线平行

3.1.2两个圆柱体轴线相交

3.1.3两个圆柱体轴线异面

3.1.4虎克铰结构干涉的数学模型

3.2工作空间的制约因素

3.2 1杆长约束

3.2.2运动副转角约束

3.2.3驱动杆间的干涉

3.2.4工作空间的确定

3.3端点刚度分析

3.3.1端点刚度矩阵

3.3.2端点刚度矩阵计算实例

3.3.3刚度矩阵的分析

3.4本章小结

第4章精度设计

4.1引言

4.2误差的来源

4.3误差模型的建立

4.3.1理想状况下的误差模型

4.3.2考虑铰链间隙的误差模型

4.4基于蒙特卡洛法误差分析

4.4.1驱动杆随机抽样

4.4.2虎克绞随机抽样

4.4.3误差的蒙特卡洛模拟

4.4.4精度综合实例

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢