六自由度平臺

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1、山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計外文文獻(xiàn)及譯文 振動隔離多軸機(jī)器人平臺 G. Satheesh庫馬爾，永貴斯里尼瓦薩和 T. Naga⑻an 精密工程和機(jī)械工程印度理工學(xué)院 Che nnai -600 036 電子郵件：huma n_flag@ 摘要 Stewart平臺在多軸振動控制領(lǐng)域的應(yīng)用證明它在高速和六自由度運(yùn)動控制方面很有 前途。關(guān)鍵冋題是Stewart平臺相關(guān)咼非線性和不確定性的動態(tài)。 Stewart平臺系統(tǒng)動力 學(xué)建模開發(fā)一個簡單的線性模型，固定使用剛體運(yùn)動的牛頓-歐拉方程的立場Stewart平 臺的議案。阻尼和剛度矩陣被發(fā)現(xiàn)彼此成正比，所以簡化成動力學(xué)語言。為應(yīng)用開發(fā)的動

2、 態(tài)模型的各種控制策略和系統(tǒng)的性能進(jìn)行了研究， 以確定最佳的隔振應(yīng)用適合的控制策略。 控制策略的建模和測試都是使用 MATLAB 口實驗驗證。 簡介 振動控制關(guān)鍵在于所有指向及定位系統(tǒng)的精度。振動控制，實現(xiàn)由被動和主動的方式。 而被動的方式是有效地引進(jìn)無動力配置沒有不穩(wěn)定的風(fēng)險。發(fā)現(xiàn)主動方式非常適合動態(tài)系 統(tǒng)，并承諾增加的隔離性能。在一般情況下，振動控制在高精度應(yīng)用的要求，可以分為兩 個層次，隔振［1］在組件級和系統(tǒng)級結(jié)構(gòu)振動抑制。振動隔離在組件級別將被稱為作為本文 振動主動控制。在組件級別的隔離，隔振裝置提供的銜接，同時降低之間的振動源及零部 件，這需要無振動的振動傳輸。其中，Stew

3、art平臺在多軸振動控制領(lǐng)域的應(yīng)用證明它在 高速和六自由度（DOF運(yùn)動控制方面很有前途，即使在一個比較大的負(fù)載 ［1，2, 4, 5］。 振動控制中的應(yīng)用是相當(dāng)不同的飛行模擬器使用或 Stewart平臺多自由度并聯(lián)機(jī)械 手。沖擊阻尼結(jié)構(gòu)振動所需的驅(qū)動器是微米量級的順序，頻率響應(yīng)性能應(yīng)達(dá)到 kHz的范圍 內(nèi)。力振動控制裝置所需的能力不同，按要求在不同的應(yīng)用。另一方面， Stewart平臺機(jī) 械手有一個關(guān)鍵的缺點，對傳統(tǒng)的振動控制裝置，及其動力學(xué)的高非線性和不確定性。因 此，達(dá)斯古普塔等提到的有待解決的問題之一。［3］通過廣泛的模擬和分析/數(shù)值的ODE系 統(tǒng)工具操縱的動態(tài)行為的研究，是一個

4、簡單的控制策略的應(yīng)用，為隔振中的應(yīng)用，結(jié)合沿。 本文組織如下：在第二節(jié)中，我們將提出我們?yōu)槭裁词褂萌?Stewart平臺的配置，比傳 統(tǒng)配置的優(yōu)勢，隔振，說明應(yīng)用。第三節(jié)進(jìn)行的牛頓 -歐拉的一般Stewart平臺及其應(yīng)用 隔振問題的封閉形式的動態(tài)制定。系統(tǒng)通過一個簡單的PD控制算法得到的結(jié)果顯示，在第 六部分討論。 Stewart 平臺 Stewart平臺，如圖1所示，由一個底座連接移動板六可變長度驅(qū)動器。作為執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的長度變化，該平臺的移動板是能夠在所有 6個自由度的移動底板。 圖1: Stewart平臺 圖2：三次配置 這種機(jī)制有別于其他多自由度運(yùn)動發(fā)電機(jī)，所有的驅(qū)動

5、器是直線運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身。 Stewart平臺的振動控制中的應(yīng)用的重要特性之一是，如果軸向力可以測量和篩選，所有 的力量，因此，所有這些力量創(chuàng)造了振動可以消除，因為只有從基地轉(zhuǎn)移到移動盤的軸向 力。他們可以設(shè)計進(jìn)行大負(fù)荷，并保持穩(wěn)定在無動力的配置。 三次配置 一般Stewart平臺的主要困難是運(yùn)動強(qiáng)耦合和在任何直角方向的議案要求腿的運(yùn)動， 導(dǎo)致控制設(shè)計的數(shù)學(xué)復(fù)雜。因此，“三次配置” [1]提出了振動控制應(yīng)用。在圖2,頂點A12, A34高速公路，A56形式形成一個平面和B16, B23和B45形成了第二架飛機(jī)，底座和移動 板立方Stewart平臺，板塊之間的連接，形成了六條腿。 三次配置

6、有幾個獨(dú)特的功能，因為它在許多隔振應(yīng)用 [1,4,5]。一個數(shù)來提，正交相鄰 的腿保證獨(dú)立執(zhí)行機(jī)構(gòu)對被控制的移動板的議案。它有利于利用多自由度主動隔振問題的 SISO控制算法。它在各個方向的控制權(quán)力最大的均勻性和簡化了各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的議案和移動 板之間的運(yùn)動關(guān)系。 牛頓-歐拉的形成 位移，加速度和力輸出，在移動板所造成的干擾，測量，被送到控制器。控制器產(chǎn)生 控制信號，并反饋到的每條腿的驅(qū)動器。執(zhí)行器產(chǎn)生反振動力量和穩(wěn)定的移動板。要學(xué)習(xí) 的干擾和控制部隊分別的原因和效果，徹底 Stewart平臺的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的知識是必要 的。 動態(tài)制定［6］和并聯(lián)機(jī)器人的動力學(xué)方程的推導(dǎo)是相當(dāng)復(fù)雜的，

7、因為他們的閉環(huán)結(jié)構(gòu)和 運(yùn)動約束。歐拉-拉格朗日微分代數(shù)方程，這是相當(dāng)復(fù)雜的解決，并導(dǎo)致大量的符號計算 偏導(dǎo)系統(tǒng)在制定結(jié)果。牛頓-歐拉的制定不需要衍生產(chǎn)品的評價，因此省卻了很多繁瑣的 計算。B.達(dá)斯古普塔等。［6］采用牛頓-歐拉方法開發(fā)的封閉形式的動力學(xué)方程的 Stewart平臺，這是前進(jìn)的動力和控制系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。一般 Stewart平臺有一個基 地，并通過球形關(guān)節(jié)(6-SPS)，或一個球形關(guān)節(jié)連接在一端連接 6個擴(kuò)展腿平臺，萬向節(jié) (6-UPS在其他。用于振動隔離應(yīng)用本文僅 6-UPS Stewart平臺的動力學(xué)方程。 圖3: —條腿的詳情， 一條腿的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)推導(dǎo)出考

8、慮和表達(dá)的約束力量在腿頂部的球形關(guān)節(jié)。然后, 獲得完整的系統(tǒng)動力學(xué)方程考慮平臺的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)。 Stewart平臺腿的運(yùn)動學(xué) 位置分析.從圖3的向量回路方程寫為 S = q + t - b (1) 腿的長度 L = | S | (2) 速度分析.平臺點 （3） 滑動速度之間的兩部分腿 （4） 加速分析的速度.加速平臺的連接點 左=『+ c X q -+- rn x （rfj x 今〉 （5） 腿的動態(tài)分析 所有腿在普通情況下 ＜丘》=0孑一G逐癥+扶；一遇乓 （6） 運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的移動平臺 平臺的基本框架表示的重力中心位置向量的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的一般表達(dá)

9、式將得到 -5 - 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計外文文獻(xiàn)及譯文 -# - 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計外文文獻(xiàn)及譯文 解決的任務(wù)空間動力學(xué)方程，我們得到運(yùn)動方程 (8) 歐拉制定了 FEXT和文部省的外部力量和外部的時刻（干擾）進(jìn)行控制。推導(dǎo)牛頓 詳細(xì)的參考[6] 控制法則 “對使用一個簡單的PD控制算法，使用下面給出的任務(wù)空間的表達(dá)，產(chǎn)生反振動力量 對于正弦波輸入系統(tǒng)響應(yīng)如圖4所示。Z方向的答復(fù)，并沒有控制。 "iasi = | K.p [ K.p2 |（ lort） + 山呂弓|{ ） （9） t .：廠 | I： I - ■:| ■ ?、、、?_

10、■ - \ - ■ （ 10） 結(jié)論為主動隔振應(yīng)用的一個合適的配置標(biāo)識和 Stewart平臺的正向動力學(xué)研究和應(yīng)用 隔振問題，利用牛頓-歐拉的制定。制定實施使用 MATLABS序和一組模擬結(jié)果如插圖所 示。主動隔振一個簡單的PD控制律的開發(fā)利用系統(tǒng)的位置和速度，被認(rèn)為是有效的。 u- W *> 訐打 04 Tmr M B ?亠― 04 4 — ■ Ttevwfe 卜 4 圖4:與無控制的系統(tǒng)響應(yīng)，在z萬向 參考文獻(xiàn) 1.乙 賈森耿和Leonard S.海恩斯,六自由度自由度振動主動控制卷控制系統(tǒng)技術(shù),采用

11、Stewart平臺，IEEE交易。2，三月，第45-53頁，第1期，1994年。 2?新西蘭金，李經(jīng)緯，細(xì)長結(jié)構(gòu)的多軸振動控制使用 Stewart平臺機(jī)械手，機(jī)制和機(jī)械原 理，卷。36，第 1253 年- 1269，2001。 3. 巴斯卡爾?達(dá)斯古普塔，Stewart平臺機(jī)械手的TS Mruthyunjaya -回顧，機(jī)械工程學(xué) 報，卷。35，第 15 - 40 歲，2001 年。 4. D.塞耶 J. Vagners ，A. Vonflowtow ， C. Hardham, K.斯克里布納，SIXAXIS隔振系統(tǒng) 使用軟驅(qū)動器和多傳感器，第 21屆年度自動化學(xué)報制導(dǎo)與控制會議，1998年2月。 5. 斯帕諾斯，等。人，六軸隔振，行政協(xié)調(diào)會，1995年進(jìn)行的法律程序。 6. 巴斯卡爾?達(dá)斯古普塔，TSMruthyunjaya，通過牛頓-歐拉方法，機(jī)制和機(jī)理論，卷 一般Stewart平臺的封閉形式的動態(tài)方程。 33，第7號，第993-1012頁，1998年。 -7 -