6—SPS并联机构位置正解研究、仿真及误差分析

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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。
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