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量化六自由度并联机构工作空间的六维超椭球体计算方法及其应用

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航空学报 2015年第12期36卷 4001-4013页

作者：李鹏吴东苏郑琰施政金兴悦南京林业大学汽车与交通工程学院南京210037 南京航空航天大学飞行模拟与先进培训工程技术研究中心南京210016

基于头盔伺服系统执行机构的结构优化设计需求,提出了一种量化六自由度并联机构工作空间的六维空间超椭球体的计算方法,该方法的计算过程包括二维包络椭圆的求解和六维超椭球体的计算两部分。首先,重新总结和归纳了包络椭圆的定义,提出... 详细信息

基于头盔伺服系统执行机构的结构优化设计需求,提出了一种量化六自由度并联机构工作空间的六维空间超椭球体的计算方法,该方法的计算过程包括二维包络椭圆的求解和六维超椭球体的计算两部分。首先,重新总结和归纳了包络椭圆的定义,提出了包络椭圆的计算方法,在计算过程中提出了椭圆中心坐标修正步长、包络椭圆的两半轴长修正因子以及纵轴半轴长修正步长等概念,实现了对椭圆中心和半轴长的动态修正,提高了包络椭圆计算的准确性和智能化水平,采用调整系数来实时修改修正步长,保证了计算过程的收敛性;其次,给出了判定包络椭圆的条件和方法,方便了对计算方法有效性的验证;再次,提出了根据投影面内包络椭圆几何信息求解六维超椭球体的方法;最后,对包络超椭球体的计算方法进行了实例计算与验证,并通过实例计算对该方法用于六自由度并联机构工作空间优化的可行性和实用性进行了验证。结果表明:各投影面的包络椭圆均符合判定条件,即本文对包络椭圆与超椭球体的计算是准确的;优化结果对应的工作空间内接六维超椭球体能完全包含目标工作空间的包络超椭球体,即采用超椭球体来量化和优化六自由度并联机构工作空间是可行的,且具有较好的实用性。

关键词：六自由度并联机构工作空间包络椭圆超椭球体驾驶模拟

直线电机驱动六自由度并联机构动力学特性研究

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农业机械学报 2022年第11期53卷 450-458页

作者：翟国栋刘龙宇蔡晨光刘志华梁锋中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国计量科学研究院北京100029 沈阳飞机工业(集团)有限公司沈阳110850

直线电机驱动的六自由度并联机构可以实现高精度宽频带运动,在惯性单元校准、振动测试等领域具有广阔的应用前景。为了减小直线电机驱动对六自由度并联机构造成的幅值衰减问题,对机构进行动力学前馈控制分析。首先利用牛顿-欧拉法建立... 详细信息

直线电机驱动的六自由度并联机构可以实现高精度宽频带运动,在惯性单元校准、振动测试等领域具有广阔的应用前景。为了减小直线电机驱动对六自由度并联机构造成的幅值衰减问题,对机构进行动力学前馈控制分析。首先利用牛顿-欧拉法建立并联机构的动力学模型,简化动力学方程获得机构驱动力关系,在实验平台上进行实验,验证动力学模型准确性。利用传统运动学控制系统,结合动力学模型,设计一种动力学前馈控制方法,降低给定轨迹运动误差。实验结果表明,直线电机驱动的六自由度并联机构增加动力学前馈控制后,在沿X、Y、Z轴进行单自由度正弦运动时,运动误差分别下降55.5%、54.2%、59.8%。

关键词：六自由度并联机构直线电机动力学模型前馈控制

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六自由度并联机构的设计、动力学及负载辨识研究

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六自由度并联机构的设计、动力学及负载辨识研究

作者：张谦峰大连理工大学

学位级别：硕士

六自由度并联机构具有刚度大,精度高,负载能力强等优点,同时也可以模拟船舶在复杂海况下产生的横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡六个自由度方向的单独和复合运动,被广泛应用于波浪补偿装备和浮体运动模拟中。随着近年来海上风力发电... 详细信息

六自由度并联机构具有刚度大,精度高,负载能力强等优点,同时也可以模拟船舶在复杂海况下产生的横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡六个自由度方向的单独和复合运动,被广泛应用于波浪补偿装备和浮体运动模拟中。随着近年来海上风力发电的迅速发展,各个国家建造的海上风电场逐年递增。当海上风力发电场出现运行故障时,维修人员需要乘坐运维船舶并借助波浪补偿登乘装备开展维修工作。波浪补偿装备的核心部件就是六自由度并联机构,因此设计性能优良的六自由度并联机构则显得尤为重要,此外,精确的动力学模型和负载辨识方法是后续运动控制的基础。针对六自由度并联机构的特点,本文主要开展了以下研究工作,包括并联机构的结构设计,动力学建模和负载参数辨识,工作内容概括为:1)根据并联机构的运动学指标,分析了系统奇异构型和雅可比矩阵的关系,并详细分析了影响并联机构工作空间的因素,对并联机构的结构设计做出了部分限制,从而完成了结构参数的初步设计。最后利用Pro E和Adams软件完成了并联机构的三维模型建立,并通过运动模拟仿真得知,并联机构的结构参数设计是合理的,为后面的动力学建模和参数辨识提供了基础。2)使用上平台的运动学参数作为广义坐标,精确表达了支腿的运动,尤其是角速度公式。基于牛顿欧拉法和虚功率原理建立了六自由度并联机构的动力学模型。利用Matlab软件完成了对系统动力学方程的编程,并在Adams中建立了动力学对比模型,对得到的支腿力进行对比分析可知,二者得到的支腿力结果很接近,表明了动力学建模的精确性,为平台更准确的控制提供了基础和理论支撑。3)采用递推最小二乘法来对未知负载进行参数辨识,推导了质量和惯量参数辨识的递推公式。在Adams软件中建立含负载的动力学模型并进行模拟仿真,将得到的平台位姿和支腿力,输入到Matlab软件中的辨识系统中进行参数辨识,得到的待辨识参数与设定的参数相差不大,取得了较为理想的辨识效果,为控制系统提供了参数精确的动力学模型。通过以上对六自由度并联机构特点的研究,为六自由度平台的精准控制提供了数学模型,从而设计出性能优良的波浪补偿装备,提高海上风电场维修作业的安全性和工作效率。

关键词：六自由度并联机构动力学模型参数辨识模拟仿真

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六自由度并联机构运动学分析与仿真

洛阳理工学院学报（自然科学版） 2022年第2期32卷 53-58页

作者：李团飞刘飞赵俊峰王杰洛阳市科技情报研究所河南洛阳471003 中材建设有限公司河北唐山063000 洛阳一拖众成配件制造有限公司河南洛阳471003

针对六自由度并联机构的运动学特性,建立了并联机构简化模型,通过坐标变换确定了动平台与定平台的位姿关系,推导了机构的运动学方程,利用Adams软件对模型进行了运动学仿真。仿真结果表明:六自由度并联机构能够按照预定的轨迹运动,机构... 详细信息

针对六自由度并联机构的运动学特性,建立了并联机构简化模型,通过坐标变换确定了动平台与定平台的位姿关系,推导了机构的运动学方程,利用Adams软件对模型进行了运动学仿真。仿真结果表明:六自由度并联机构能够按照预定的轨迹运动,机构运行平稳,具有良好的运动特性。

关键词：六自由度并联机构运动学分析运动学仿真

FCMAC在六自由度并联机构轨迹跟踪中的应用

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机械设计与制造 2010年第9期 52-54页

作者：胡陟高国琴江道根江苏大学镇江212013

六自由度并联机构控制系统中存在不确定性和非线性因素,使得对其轨迹跟踪的过程中会不断有误差产生。神经网络控制器以其在线自学习的功能,能实时反应并消除误差。用模糊理论对结构简单的小脑模型关节控制器(CMAC)的空间划分方式进行模... 详细信息

六自由度并联机构控制系统中存在不确定性和非线性因素,使得对其轨迹跟踪的过程中会不断有误差产生。神经网络控制器以其在线自学习的功能,能实时反应并消除误差。用模糊理论对结构简单的小脑模型关节控制器(CMAC)的空间划分方式进行模糊化处理,并通过BP学习算法对CMAC的空间划分方式进行在线调整,所得到模糊小脑模型关节控制器(FCMAC)有更高的自适应能力。仿真实验结果表明,FCMAC的在线学习功能优于传统的CMAC;用FCMAC对六自由度并联构进行轨迹跟踪,能较好地消除误差,有较高的控制精度。

关键词：六自由度并联机构轨迹跟踪小脑模型关节控制器模糊小脑模型关节控制器

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六自由度并联机构的误差分布研究

轻工机械 2019年第1期37卷 23-27页

作者：安明云于大泳张黎明上海理工大学机电工程学院上海200093

针对制造和安装误差对并联机构末端位姿精度的影响问题,以六自由度Stewart并联机构为研究对象,在建立运动学正解一阶误差模型的基础上,结合泰勒展开式推导出Stewart并联机构末端的位置和方向误差与驱动器不同长度变化之间非线性关系式;... 详细信息

针对制造和安装误差对并联机构末端位姿精度的影响问题,以六自由度Stewart并联机构为研究对象,在建立运动学正解一阶误差模型的基础上,结合泰勒展开式推导出Stewart并联机构末端的位置和方向误差与驱动器不同长度变化之间非线性关系式;并用MATLAB软件仿真分析结构参数误差存在的条件下,工作空间中六自由度Stewart并联机构末端位姿误差的分布情况。分析结果表明:不同位姿下,位姿误差存在差异;在x轴正方向上,位姿体积误差的变化规律具有一致性,均随x轴正方向的移动而逐渐增大;同时位置体积误差的变化幅值远大于姿态体积误差的变化幅值,并且最大位姿误差出现在可达工作空间边缘的顶部位置。研究结果为该并联机构后续进行精度综合及误差补偿提供参考依据。

关键词：六自由度并联机构 Stewart平台运动学误差建模 MATLAB仿真误差分布

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两种含平面分支六自由度并联机构理论研究

两种含平面分支六自由度并联机构理论研究

作者：李雪鹏燕山大学

学位级别：硕士

在先进机器人应用领域，六自由度的并联机构因其低惯性、高刚度、高灵活性、简洁紧凑、高重量比等优点，有着广泛的应用前景，一直是并联机构领域内的研究热点。并联机构型综合中闭环机构的使用，会使并联机构结构简单、紧凑，刚度和灵... 详细信息

在先进机器人应用领域，六自由度的并联机构因其低惯性、高刚度、高灵活性、简洁紧凑、高重量比等优点，有着广泛的应用前景，一直是并联机构领域内的研究热点。并联机构型综合中闭环机构的使用，会使并联机构结构简单、紧凑，刚度和灵活性等性能得到整体提高。本文基于一种六杆闭环结构，提出了两种新型含平面六杆闭环分支的六自由度并联机构（GS1、GS2）。基于矢量法，分别建立了并联机构GS1、GS2的位置分析模型。采用影响系数法对含六杆闭环结构的平面分支进行了运动学分析，建立了该类分支通用的运动学模型。结合虚功原理和Newton-Euler方程，建立了含平面分支并联机构统一的静力学、动力学模型。以并联机构GS1、GS2为例，详细阐述了该类机构静力学、动力学模型的建立过程，基于Adams软件建立虚拟样机，并采用Matlab编程仿真验证了并联机构静力学、动力学模型的正确性基于结构参数对并联机构GS1/GS2定姿态工作空间进行参数化影响分析，基于运动雅克比矩阵，对并联机构GS1/GS2进行奇异特性分析，得出具有参考价值的结论，为并联机构GS1/GS2的样机设计、尺度综合及轨迹规划提供了参考。同等规格下，并联机构GS1/GS2和6-6Stewart机构的工作空间比较，进一步体现出GS1/GS2的优势，具有广泛的应用前景。

关键词：六自由度并联机构平面分支运动学动力学工作空间奇异位形

基于LinuxCNC控制器的六自由度并联机构人机交互系统设计

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基于LinuxCNC控制器的六自由度并联机构人机交互系统设计

作者：樊是星江苏科技大学

学位级别：硕士

当前，基于Stewart平台的六自由度并联机构具有刚度大、重量轻、结构紧凑等优点，已经在空间机器人、并联数控机床等各尖端行业得到了广泛的应用。六自由度并联机构如果要完成某种特定的空间位姿或运动轨迹，实现机械系统设计的目的和... 详细信息

当前，基于Stewart平台的六自由度并联机构具有刚度大、重量轻、结构紧凑等优点，已经在空间机器人、并联数控机床等各尖端行业得到了广泛的应用。六自由度并联机构如果要完成某种特定的空间位姿或运动轨迹，实现机械系统设计的目的和任务，必须在控制器的控制作用下，通过进给驱动系统才能够实现。并联机构的开放性和多样性决定了与其配套的控制器也应该是开放的，国内外已经构建了开放式控制系统的标准协议和体系框架，但目前尚没有完全标准化和系列化。传统的控制器功能封闭、价格昂贵、配套硬件设备复杂，很难获得。但运行在开源Ubutu10.04实时操作系统环境下的LinuxCNC控制器是开源的，可从其网站上免费下载使用。本论文是基于LinuxCNC控制器，对六自由度并联机构进行研究，利用使用广泛的跨平台高级语言Python作为开发工具，开发设计了三维运动模型和虚拟控制面板，选用了运动控制卡、步进电机、滚珠丝杠等驱动装置，从而构建基于LinuxCNC控制器下的六自由度并联机构人机交互系统。其控制命令可以通过使用UG数控模块生成的标准数控代码来执行。本文主要研究内容如下：第一、分析并联机构的命名方法，计算基于Stewart平台的6-UPS型并联机构的自由度数。对并联机构的正解和逆解算法进行分析，使用Python科学计算库函数编制六自由度并联机构逆解算法，并根据特例对杆长变化曲线进行仿真。第二、对LinuxCNC软件构架、通讯机制、运动控制系统进行详细分析，其模块化的设计思想和遵循开源协议的精神，使得通过调用合适的模块就能配置成实现特定功能的控制器。详细解析硬件抽象层及其halcmd语言，该语言是调用、配置LinuxCNC各模块、开发三维动态模型、建立虚拟控制面板、连接软硬件之间的信号和引脚的专用工具。第三、对比分析LinuxCNC控制器本身自带的两种界面模式Tkemc和AXIS，选择基于Python语言开发的AXIS界面模式。使用PyOpenGL（Python+OpenGL）语言构建了三维动态模型，通过硬件抽象层halcmd语言建立模块之间的连接，使得在AXIS界面模式下，通过输入数控代码，利用LinuxCNC控制器，可以直观形象地观察到六自由度并联机构平台运动轨迹及杆长的变化位姿。第四、在LinuxCNC控制器的AXIS界面模式下进行虚拟面板自定义设计。使用PyVCP（Python+XML）语言构建了虚拟控制面板，通过硬件抽象层halcmd语言建立模块之间的连接，使得硬件设备接通电源后，就可以在虚拟控制面板上直观地观察到硬件运行状况。分析使用GladeVCP进行触摸屏控制界面设计的方法步骤。第五、结合前面章节实现了的三维动态模型及虚拟控制面板，通过对LinuxCNC控制器进行软硬件配置，选取步进电机、驱动系统，设计了基于LinuxCNC控制器下的六自由度并联机构人机交互系统。

关键词：六自由度并联机构 LinuxCNC控制器硬件抽象层 Python科学计算 PyOpenGL PyVCP GladeVCP

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一种新型六自由度并联机构的结构分析

一种新型六自由度并联机构的结构分析

作者：姜喜星燕山大学

学位级别：硕士

一种新型六自由度并联机构是针对传统Stewart六自由度并联机构在动态高负载状态下刚性不足问题而提出的一种八杆六自由度并联机构。一种新型六自由度并联机构(称八杆六自由度并联机构)通过控制运动过程中不同支链的锁定解锁状态将六自... 详细信息

一种新型六自由度并联机构是针对传统Stewart六自由度并联机构在动态高负载状态下刚性不足问题而提出的一种八杆六自由度并联机构。一种新型六自由度并联机构(称八杆六自由度并联机构)通过控制运动过程中不同支链的锁定解锁状态将六自由度并联机构演化成少自由度并联机构来实现机构在高负载状态下运动的稳定性。八杆六自由度并联机构是变胞机构的一种特殊应用形式同时也是大型多细胞混联机构的一个缩影,因此针对八杆六自由度并联机构的研究具有重要的理论和现实意义。本文主要针对八杆六自由度并联机构进行结构分析,致力于提出一种符合实际生产需求,兼具高自由度和高稳定性的新型六自由度并联机构。本文首先在传统的Stewart机构的基础上结合实际应用需求构建了新型八杆六自由度并联机构。依据这一机构模型,结合高等空间机构学的知识,分析机构的整体自由度。根据实际应用中八杆六自由度并联机构功能需求,使用Solidworks软件建立机构的三维实体模型,并利用高等空间机构学的知识建立机构的位置方程。使用Matlab软件对运动平台模型进行反解仿真分析。再次,使用Solidworks软件有限元分析模块对机构的力学特性进行分析,验证结构的合理性。最后,对比姿态变化中过渡刚性应变能与同一姿态下的超静态位姿的应变能关系,证明了机构的稳定性。本文提出了一种八杆六自由度并联机构理论模型,并通过对机构的力学分析说明了机构设计的合理性、可靠性和完整性。

关键词：六自由度并联机构自由度分析位置分析 Matlab仿真刚性分析