6—SPS并联机构位置正解研究、仿真及误差分析

摘要

并联机床是现代机器人技术和现代机床技术的完美结合，具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度、重量轻、机械结构简单、标准化程度高和模块化程度高等优点，并联机床普遍采用Stewart平台及其变形机构，Stewart平台有上下两个平台和6个并联的、可独立自由伸缩的杆件组成，伸缩杆和平台之间通过球铰链联接，改变伸缩杆的长度可以实现上动平台在空间的多自由度运行。 课题以提高并联机床的精度为目标，针对并联机床的原型机构6-SPS平台展开研究，阐述了Stewart并联机构的特点和研究状况，对6-SPS平台的位置反解和位置正解进行了研究，并提出了一种求解位置正解的新方法，在Matlab6.5软件环境下，编制了仿真程序，对Stewart平台位置正反解和运动进行了仿真，验证了课题所作的相关研究。工作内容包括： 1.通过对并联机床原型6-SPS平台结构和工作原理的分析，应用相关数学理论，建立了其位置反解、位置正解的数学模型。 2.针对6-SPS平台位置反解容易，而位置正解复杂且可能存在多解的特点，分析了现有求解位置正解的方法，按照先简化结构再求解的求解思想，设计了一种求解位置正解的新方法。 3.在Matlab软件环境下编制仿真程序，开发了一个可实现对Stewart平台进行运动仿真的软件，通过对位置反解和位置正解的仿真与分析，验证比较了现有和新的位置正解解法的正确性及误差。 4.通过对位置正解误差的分析，优化位置正解的求解方法，使解法基本可以满足工程实践的精度要求，拓展了位置正解求解思路。 研究结果表明：数学模型正确合理，基本反映了位置反解与位置正解的数学物理意义；通过对位置反解和位置正解的求法研究，提出的新方法科学、有效、实用；基于Matlab的软件环境下的仿真，对位置反解和位置正解的现有解法和新方法进行了验证，并对平台的运动进行了仿真和模拟，真实再现了运动的真实特性；通过仿真发现了解法中的不足，根据优化设计的思想，运用数值分析方法对算法进行了优化，使方法达到工程实际运用的精度要求。本课题所作的研究工作是对位置正解求法的一种探索，对并联机床的研究和Stewart并联机构的研究具有参考和借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章机构研究的几何数学基础

第三章位置反解

第四章位置正解

第五章仿真系统设计与实现

第六章误差分析

结 论

参考文献

在学研究成果

致 谢