液压驱动Stewart平台轨迹规划

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Stewart液压平台轨迹跟踪自适应滑模控制

Stewart液压平台轨迹跟踪自适应滑模控制
李强;王宣银;程佳
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2009(043)006
【摘要】Stewart液压平台是一个多输入多输出(MIMO)非线性系统,其耦合运动过程中存在参数不确定性与干扰影响其轨迹跟踪精度,针对此问题,考虑了系统参数的不确定性,利用Backstepping方法结合滑模控制与自适应控制的优点,推导得到系统的多级自适应滑模控制器,以增强系统运行过程中对运动与力的跟踪性能.利用AMESim与MATLAB的联合仿真方法进行验证,与传统基于各缸位置偏差的比例-积分-微分(PID)控制器相比,结果表明,该方法在系统参数不确定所引起的干扰下,能更有效地降低各缸的位置和力的跟踪误差,从而提高了运动平台末端的动态跟踪精度.
【总页数】5页(P1124-1128)
【作者】李强;王宣银;程佳
【作者单位】浙江大学,流体传动及控制国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,流体传动及控制国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,流体传动及控制国家重点实验室,浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.一种大柔性Stewart平台轨迹跟踪控制方法的研究 [J], 訾斌;段宝岩;仇原鹰
2.液压并联6-DOF平台轨迹跟踪的干扰力补偿 [J], 李强;王宣银;程佳
3.液压驱动Stewart平台轨迹规划 [J], 赵慧;张尚盈
4.柔性支撑Stewart平台动力学建模与轨迹跟踪控制 [J], 段学超;仇原鹰;段宝岩
5.基于自适应滑模控制器的Stewart平台运动轨迹控制的研究 [J], 姚俊;窦颖艳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

stewart运动学分析

Stewart型并联支撑机构运动学公式推导一、构型分析及坐标系建立静基座自动调平系统Stewart平台型并联支撑机构为双三角形机构，由一个活动上平台和一个固定的下平台所组成。

上平台铰链点和基座平台铰链点的分布形式相同，但铰接点相互交错，六根支链分别用移动副和两个球铰链与上下平台连接。

并联机构示意图如图1所示。

图1 Stewart并联机构示意图支链与动平台铰接点为,,支链与基座铰接点标记为，,。

坐标系选在平台的三角几何中心，由右手螺旋法则确定。

动平台三角边长为，定平台三角边长为b，动平台起始高度为h。

根据设定的初始值，各支链与定平台、动平台铰接点的坐标如表一所示。

二、并联支撑机构正反解两个坐标系，o和，其中，o为固定坐标系。

（1）将坐标系o绕自身的x轴旋转γ；（2）将旋转后的坐标系绕固定坐标系的y轴旋转β；（3）将第二步的坐标系绕固定坐标系的z轴旋转α；旋转矩阵分别为按上述方式得到的总旋转变换矩阵为：设动平台的平移参数为（,,）,则坐标的齐次变换矩阵为：对于与动平台铰接的各点(i=1,2,3),点的齐次坐标为,经过变换后的点对应标记为,变换后的齐次坐标为,则，带入初始坐标后，得出变换后与动平台铰接的各点坐标值为：===设六个驱动器的伸展长度为(i=1--6),则与之相应的六个方程式表示为：======由、、、、、经过上式推导得出的过程，称为Stewart平台的三、并联支撑机构速度/加速度分析设为沿驱动器i的单位矢量，为驱动器i的长度，运动平台质心到点的位置矢量。

和分别是运动平台在惯性参考系中的角速度和线速度矢量，则运动平台上点处的速度矢量为：矩阵形式为：式中^表示矢量的反对称矩阵。

对一个矢量x，有通过将运动平台上点处的速度矢量向驱动器方向投影（即用单位矢量点乘点的速度矢量），可以得到驱动器i的上下两部分沿驱动器方向的相对移动速度：将上式写为矩阵形式为：（）， i=1,2,…,6用一个广义速度矢量V来表示运动平台的角速度和线速度，即末端直角坐标速度：用六维矢量来表示六个驱动器的上下两部分沿驱动器方向的相对移动速度，即关节速度。

Stewart六自由度动感平台结构优化设计

第５期（总第１８６期）２０１４年１Ｏ月
机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴ１０Ｎ
ＮＯ．５
０ｃｔ．
文章编号：１６７２ — ６４１３（２０１４）０５ — ００１１ — ０３
作者简介：赵洁修（１９８８一），女，河北秦皇岛人，在读硕士研究生，研究方向：数控仿真。
关键词：Ｓｔｅｗａｒｔ动感平台；有限元方法；体感模拟；优化设计
中图分类号：ＴＰ３９１．７：ＴＨ１１２文献标识码：Ａ
Ｏ引言
பைடு நூலகம்
Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构由２个平台和可伸缩旋转的６根支杆组成，下平台固定，上平台与模拟驾驶舱相连接。平台在空间具有６个自由度，结构灵活，空间占用面积小，并且具有错误并行非累加的特点］，故其广泛地应用于机器人结构及许多大型的模拟器中。目前，Ｓｔｅｗａｒｔ平台有实心平台和中间镂空平台两种结构。关于两种结构的研究，大多应用传统力学方法对其进行力学分析。但是，Ｓｔｅｗａｒｔ平台由于其空间上的灵活性］，对其进行动力学分析时，其空间几何方面的数据量很大，且分析出来的数据对实际应用的价值不大，因而，简便而又实际的力学分析很有研究价值。而采用有限元分析的创新点在于，使用有限元软件代替传统的力学分析方法，可以解决传统力学分析的数据量大难以计算等问题。而且，不同场合、不同参数的平台，只需改变模型的设置参数［３］，即可快速实现其力学仿真。

含多级液压缸的大型液压举升系统时间最优轨迹规划

２１０２年２月
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＣＳＴＩ
Ｆｂ２２ｅ．０ｌ
Ｖｏ．０Ｎｏ３１４．
第４ｏ卷第３期
ＤＩ１．９９ｊｉｎ１０３８．０２０．１Ｏ：０３６／．ｓ．０１— ８１２１．３０５ｓ
含多级液压缸的大型液压举升系统时问最优轨迹规划
田桂，谢建，陈永宁，刘军捷。
（．第二炮兵工程学院，陕西西安７０２；．第二炮兵驻长沙地区军事代表室，湖南长沙４００；１１０５２１２５３．陆军航空兵学院第一飞行训练团，四川宜宾６４０）４００
ＢｓｌｅｆｎｔｎＷＳｄｐｅｌ — ｉｃｉａａｏｔｔｐｎ￣ｅｔｒｏｒｅｉｙｔｍＢｓｄｏｈｃａｎｏｓａｓｕｈａｙａｌｒｓｒｐｎｕｏ，ｄｏａｃｙｆｉｎｌｓｓ．ａｅｎｔｅａｔｔｇｃｎｔｉ，ｓｃｓｄｕｉｐｅｓｅｏｄｖｆｔｅｕｉｒｎｈｒｃｕ
３ＴｅＦｒｌｈｒｉｎｅｉｎｆｒｙＡｉｉｎＩｓｔｔ，ＹｂｎＳｈａ４００，Ｃｉａ．ｈｉｔｉｔａｉｇＲｇｓＦｇＴｎｍｅｔｍｖａｏｎｔｕｅｉｉｉｕｎ６４０ｏＡｔｉｃｈｎ）
ＡｂｔａｔＡｃｌｒｔｎｄｓｏｔｕｔ，ｃｕｅｙｐｅｅｓｉｅｒｃｎｒｌｔｏｓｒｃ：ｃｅｅａｉｉｎｉｉｏｃｎｙａｓｄｂｉｃｗｉｅｌａｏｔｈｄ，ｗｉｈｉａｏｔｄｉｅｌｇｙｒｕｉｄｖｎｎｏｍｅｈｃｄｐｅｎｔａｅｈｄａｌｒｅｓｈｒｃｉ

Stewart平台力控制系统研发

ｉ
和Ｂ ×Ｂｉｉ＝０ｏ
．
Ｏ．５０
Ｏ
０Ｏ．５
一
令Ｇｆ，，广力Ｆ［Ｆ＝１义＝ＦＭＭ）＼则ＧＦＭ＝
２
Ｏ１．
．
０１．５
因。而采用力姿控制在柔性加工、交会对接、实验边界模拟等方面具有非常广泛的应用前景。该文介绍了在
Ｓｅａ平台上进行的力控制系统开发，ｔｒｗｔ实现了力姿控制。
关键词：自由度；姿；六位力控制；力姿
中图分类号：Ｈ３文献标识码：文章编号：００４５（０）２００－３Ｔ１７Ｂ１０－８８２１１－９０１０
ｆ、，
：
（Ｑ－（＋ △Ｐ厶Ｌ）。
一
Ｂ（。Ｑ）・２一ＢＰ：
△ ＋
ｏ
…
△＋）Ｌ，６
Ｌｏ
●
＝
Ｇｌ
●
：
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过力传感器测得，且作动缸仅承受轴向力。设广义力的作用点为 Ⅳ，它在参考系下的坐标为 Ⅳ ＝［ｘ Ⅳ ］， Ⅳ ｚ。
度Ｓｅａｔ联平台的力姿控制。ｔｒ并ｗ２力控制的数学推导
式中，ｉｒｓｒｎＯ０１ＴＰ＝［ｏｉｉｔ］为上铰点Ａ在参考系ｃｓｉｉ
．中的坐标，已知量。ｓ为计算当前真实姿态Ｑ即为位姿正解解算过程。因此支撑力矢量在参考系中的坐
—
１ＯＯ
．
Ｊ ● ＝Ｇ ● ：＾
：
— —
１０２０

液压驱动Stewart平台位姿控制仿真

２０６２—１０．０３，：９０
［］赵春章，．可植入式微型轴流血泵和流场的数值模拟４等［］Ｊ．机械工程学报，０５４（）９—２．２０，１７：１３［］张宝字，．应用ＣＤ对人工血泵流场进行数值仿真５等Ｆ［］Ｊ．中国生物医学工程学报，０２２（）４ —４．２０，１１：１５
维普资讯
压与气动
２００６年第７
液压驱动Ｓｅａｔ台位姿控制仿真ｔｗｒ平
赵慧张尚盈，
ＰｓｏｔｏｎｉｕａｉｎｏｔｗａｔＰｌｔｏｍｒｖｎｂｄａｌｏｅＣｎｒｌｄＳｍｌｔｆＳｅｒａｆｒｄｉｅｙＨｙｒｕｉａｏｃ
然而，无论Ｓｅｒ平台应用于位置控制，飞行ｔｗａｔ如模拟器，是应用于基于位置内环的力控制或动力学还控制，空中交会对接仿真技术、配机械手，ｔｒ如装Ｓｅｔｗａ
平台的位姿控制都是最基本的保障和前提。对液压驱动Ｓｅｒｔ平台位姿控制进行仿真与分析研究，ｔｗａ是Ｓｅａ平台实际应用的必要前提，ｔｒｗｔ具有重要的意义。
１引言

铰与液压缸的两端相连。通过六个液压缸的协调运动，以在空间分别实现三个方向的平动、可三个方向的转动以及各种空间运动的复合。运动平台的六个上铰点位于半径为ｒ的圆周上，ａＡｉ（ｌ，，）Ａｉ（ｌｉ＝１３５、２ｉ２＝２４６在圆周上均匀分布；，，）运动平台的六个下铰点位于半径为ｒ圆周上，ｉｂ的Ｂｌ（＝１３５、．（ｉ，，）Ｂ２ｉｌ２＝２，，）圆周上均匀分布。选４６在取体坐标系０Ｚ的坐标原点为上铰外接圆圆心，ＸＹ并固定在上平台上。将静坐标系ｏｙ，ＸＺ固定在下平台上，初始位置时的动坐标系和静坐标系完全重并使合。运动平台的初始高度（上铰点与下铰点间的垂直距离）ｈ为。坐标轴的方向如图１示。所３Ｓｅａｔ台位姿控制策略ｔｒ平ｗ

电液驱动Stewart平台模型参数辨识方法

Stewart 平台单通道电液位置伺服系统结构和
阶次都比较明确[8]，可建立具有明确结构和阶次的
灰箱状态空间闭环辨识模型。选取状态矢量为
⎧ ⎪
x1
=
y
⎪ ⎪ ⎨
x2 x3
= =
y y
(1)
⎪ ⎪
x4
=
Q
⎪⎩x5 = Q
式中 y 、 y 、 y 分别为液压缸位移、速度和加速
度； Q 、 Q 、 Q 分别为伺服阀流量、流量变化率
(1. 哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨 150080； 2. 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨 150001)
摘要：电液驱动 Stewart 平台是一个多输入多输出复杂并联机构, 各通道间存在严重负载交联耦合。在确定平台各通道性能参数时，按照简单的阀控缸系统进行理论计算或系统辨识，结果和实际情况相差极大，这严重影响平台控制系统的设计和系统性能的提高。为了解决上述问题，设计一种基于 Levenberg-Marquardt 寻优算法的六维互不相关信号激励的 Stewart 平台闭环辨识算法，并应用于电液驱动 Stewart 平台试验样机。试验结果表明该辨识算法准确地辨识出平台通道性能参数，取得较满意的辨识结果。
第 46 卷第 3 期 2010 年 2 月
机械工程学报
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
Vo l . 4 6 N o . 3
Feb.
2010
DOI：10.3901/JME.2010.03.029
电液驱动 Stewart 平台模型参数辨识方法*
吴博 1 邵俊鹏 1 吴盛林 2 赵克定 2
电液驱动 Stewart 平台作为一种结构复杂的并联机构，各通道间存在严重负载交联耦合[4]，其数学模型的性能参数与相同结构的阀控缸系统相比差别很大，无法通过阀控缸系统理论计算或参数辨识获得。而平台单通道精确数学模型对分析系统性能、设计高精度控制器，提高系统轨迹跟踪精度起着极其重要作用。对 Stewart 平台各通道进行参数辨识获得系统实际模型是解决上述问题有效途径。

Stewart平台电液驱动机构设计(六自由度运动平台)

Stewart平台电液驱动机构设计摘要Stewart平台是六自由度并联机构的基础平台。

Stewart平台具有诸多优良特性，它在许多领域得到了广泛应用。

六自由度运动平台由于应用场合不同，采用不同的驱动方式。

目前，这种并联机构驱动方式主要包括电机驱动滚珠丝杠驱动方式、阀控液压缸驱动方式、气动人工肌肉驱动方式、电动液压混合执行器驱动方式、压电陶瓷驱动方式、电机驱动滑轮钢索驱动方式等。

阀控液压缸驱动方式的优点是刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快、系统频带宽。

对该平台的驱动机构设计对于深刻理解并联机床和运动模拟器的机理具有重要的意义.本文的核心是研制一个满足实验要求Stewart平台的驱动机构，为了完成此机构的优化设计，本文主要从以下三个方面进行了理论分析。

对Stewart平台的运动学参数进行了理论分析和计算。

重点分析了动平台的位置、速度和加速度和支撑杆的相应参数之间的关系。

对Stewart平台的驱动机构进行了设计和校核,并对液压伺服系统进行了运动学仿真。

利用以上的理论分析和计算过程，本文针对设计目标的参数要求，给出了Stewart平台的驱动机构优化设计方案，并完成了平台的各个组件的设计。

关键词Stewart 平台；运动学；液压伺服系统The hydraulic drive mechanism of the Stewartplatform designAbstractThe Stewart Platform is the base of the six degree-of-freedom parallel mechanism. Stewart platform has many fine characteristics, which in many areas has been widely applied. Six degree-of-freedom campaign platform is used in different applications, so using different-driven approach. At present, the drive way of the parallel institutions contains Motor driven a ball screw-driven approach, valve controlled hydraulic cylinder-driven approach, pneumatic muscle-driven approach, hydraulic hybrid electric actuator-driven approach, piezoelectric ceramic-driven approach, Motor drive pulley cables-driven approach and so on. The advantage of Valve controlled hydraulic cylinder driven approach is high stiffness, Strong anti-interference capability, high Power - weight ratio and Torque –inertia ratio, Fast response, and wide system frequency band. It is critical to the consideration of parallel machine and motion simulation that theoretical research of the Stewart Platform is being carried.The core of the dissertation is to design a drive mechanism for Stewart Platform to meet a certain requirements. Three parts of research are being managed to approach the goal.To analysis and calculations the parameters of theoretical kinematics of the Stewart platform. Lay the emphases on the analysis of Moving platform position, speed acceleration and the relationship of corresponding parameters of the Supporting bar.Design and check the drive mechanism of the Stewart platform. And kinematics simulate for the hydraulic servo system.An optimization of Stewart platform design is put forward based on theabove four parts of work. The mechanical design of every component of the Stewart Platform is accomplished finally.Keywords Stewart Platform, kinematics, hydraulic servo system目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (6)1.1 课题背景 (6)1.2 选题的目的和意义 (6)1.3 仿真用模拟器的组成 (7)1.4 Stewart平台的机械结构组成 (7)1.5 Stewart平台运动系统的关键技术及研究现状 (7)1.5.1 Stewart平台系统的运动特点 (7)1.5.2 Stewart平台运动系统的机构学理论 (8)1.5.3 Stewart平台运动系统的驱动方式 (9)1.5.4 六自由度运动系统的控制策略 (9)1.6 Stewart平台的特点及应用 (10)1.6.1 性能特点 (10)1.6.2 技术特点 (10)1.6.3 检测和控制特点 (11)1.6.4 六自由度并联平台的应用 (12)1.7 论文所要研究的主要内容 (13)第2章六自由度运动平台运动学研究 (14)2.1 引言 (14)2.2 六自由度运动平台结构 (14)2.3 六自由度运动平台运动学 (15)2.3.1 旋转变换矩阵 (15)2.3.2 六自由度运动平台位置和速度反解 (17)2.3.3六自由度运动平台加速度反解 (20)2.4本章小结 (21)第3章Stewart平台的机械机构结构设计 (22)3.1 液压缸的设计 (22)3.1.1 液压缸主要尺寸的确定 (23)3.1.2 液压缸结构设计中的几个问题 (25)3.2 上、下平台虎克铰的设计 (26)3.3 上、下平台台体的设计 (29)3.4 本章小结 (30)第4章CAD和UG简介 (31)4.1参数化设计思想 (31)4.2机械设计方法的发展趋势 (31)4.3 CAD技术发展概况 (32)4.4 UG简介 (35)4.5 运动仿真 (37)4.6 运动仿真的创建 (37)4.7 运动仿真中机构的运动形式 (38)4.8 动画文件的创建 (39)结论 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (43)第1章绪论1.1课题背景Stewart平台是通过六个作动器的协调伸缩来实现平台沿x、y、z向的平移和绕x、y、z轴的旋转运动（共6个自由度），以及这些自由度的复合运动。

(完整版)液压Stewart平台控制系统设计毕业设计

Keywords: Stewart platform; hydraulic servo control; PID control; MATLAB simulation; microchip
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1课程设计名称1
1.2课题背景1
1.3Stewart平台国内外发展及其应用1
关键词：Stewart平台；液压伺服控制；PID控制；MATLAB仿真；单片机
Abstract
Stewart platform is a kind of 6-DOF parallelly connected kinetic instrument. Also it’s a sophisticated application of multisubjects, which involves in kinetics, kinematics, computer science, hydraulic transportation, etc. And it depends on six actuators to realize various motion requirements.
摘要
Stewart平台是一种空间并联的六自由度运动机构，也是一种跨多个科技领域的运动控制机构，它通过改变六个可调支腿的长度实现平台的六个自由度的运动。
本文的主要内容是设计液压Stewart平台控制系统。首先，介绍了Stewart平台的组成、特点及应用；然后，设计了控制系统的被控对象-Stewart平台的结构，从液压系统各环节的传递函数切入并建立伺服系统的数学模型，分析了单缸系统的特性，进一步通过MATLAB/Simulink仿真实验，最终确定了系统的控制器用比例控制算法。最后，从硬件系统的角度设计了以单片机为核心控制系统，该控制系统分为上、下两级，采用了分布式控制。

基于TwinCAT3的Stewart平台控制系统设计

图1 平台实物图 Stewart运动平台（如图1所示）是由六个电动缸通过万向节铰链（或球铰链）将上、下两个平台连接而成。下平台固定在基础上，借助六个电动缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而模拟出各种空间运动姿态。六个电动缸采用倍福的基于EtheCAT总线的绝对值编码器伺服电机，可以通过网线直接连接到倍福的PC控制器。控制器采用倍福CX2020嵌入式控制器，CPU为赛扬1.4G单核处理器，内装Win7E系统可以方便地兼容其他Windows平台的软件。
倍福TwinCAT3软件是基于Windows软硬件平台的实时控制软件[2]，它通过内部对Windows底层的更改，实现了对I/O模块和驱动器的实时控制。该软件采用Visual Studio的Shell，支持符合 IEC61131的PLC语言及C++的混合编程，另外该软件通过TcCom Object功能可以导入MATLAB/SIMULINK生成的模块。该软件的 PLC有丰富的运动控制功能库可用于轨迹规划和对伺服轴进行控制。同时采用倍福的百兆EtherCAT总线可以方便灵活实时地对伺服驱动器进行控制。
摘要：基于倍福TwinCAT3软件, 本文详细阐述了使用倍福PC控制技术完成 Stewart平台的控制系统的设计流程。首先推导了六自由度并联平台的正、逆解算法。其次利用MATLAB/SIMULINK软件中的M函数生成正、逆解模块。再次，通过TwinCAT3的TE1400组件将SIMULINK代码生成器的目标配置为 TwinCAT，生成可以集成到TwinCAT3环境的SIMULINK语言的TcCOM模型。最后在TwinCAT3软件中加载TcCOM模型，利用TwinCAT软件自带的运动控制功能块和NC轨迹生成器通过EtherCAT总线实时地对电机和平台进行控制。结果显示TwinCAT3软件与MATLAB结合使用给机器人控制系统设计带来的显著优越性。关键词：Stewart平台；TwinCAT；SIMULINK；PC控制 Abstract: Based on BECKHOFF software in TwinCAT3, this paper describes the process of control system design using BECKHOFF PC technology for Stewart platform in detail. First, the direct and inverse solution algorithms of the 6-degrees parallel connection platform are developed. Second, the direct and inverse solution modules are generated through the M functions in MATLAB/ SIMULINK. Third, the target of SIMULINK code generator is configured to TwinCAT via TE1400 in TwinCAT3 and the TcCOM model in SIMULINK language can be integrated to TwinCAT3 environment. Finally, the TcCOM model is loaded into TwinCAT3. Using TwinCAT motion control function blocks and NC trajectory generator, the motors and platform can be controlled in real time via EtherCAT bus, which realizes the desired functions. Results show that Twinca3 combined with MATLAB improves the efﬁciency for control system design. Key words: Stewart platform; TwinCAT; SIMULINK; PC control

液压挖掘机工作装置运动学分析及轨迹规划

液压挖掘机是一种土石方施工机械，广泛应用于工程建设领域当中，并发挥着重要作用。

为了促进挖掘机朝着智能化方向发展，提升其自动化挖掘能力，应该对液压挖掘机运动轨迹进行科学规划。

国内外众多学者针对插值函数提出各种轨迹规划方法，在液压挖掘机运动学分析领域，包括杆组分析、适量代数和作图法等方法。

1　液压挖掘机工作装置运动学分析1.1　正运动学液压挖掘机相关机械装置具体包括四种自由度，为此需要在思维空间内展现出来，按照所选择的变量描述可划分成以下几个部分。

第一，由三组液压缸长度和回转马达夹角所构成的驱动结构空间；第二，由斗杆和铲斗两者夹角、动臂和斗杆夹角、回转平台和动臂夹角以及底座和回转平台夹角等部分形成关节空间；第三，由基础坐标系中的铲斗夹角状态和铲斗齿尖所形成的位姿空间。

创建液压挖掘机设备装置的运动学坐标系，随后根据相应的机器人坐标学原理能够了解到，空间坐标系中的任意一个向量都可以利用齐次转换矩阵转移至其他坐标系中，把转换矩阵与连杆坐标系进行相乘，能够获得铲斗齿尖坐标系。

根据液压挖掘机各种运行参数，能够计算出基础坐标系中的铲斗齿尖位置，从关节向量空间朝着铲斗位姿空间实施正向转化。

在抛除液压挖掘机实施回转运动条件下，绘制出液压挖掘机装置包络图，从理论上讲，铲斗齿尖理论能够囊括包络图限制范围内各个边界区域。

液压挖掘机相关正向运动即通过机械臂连杆参数对执行器末端位姿进行准确计算，建立D —H 坐标系。

挖掘机的铲斗齿尖是执行器末端，通过对变换矩阵进行研究发现，只有铲斗、斗杆和动臂之间转角关节为未知。

利用图形界面通过D —H 法绘制液压挖掘机运行软件，导出为单独运行软件。

将液压挖掘机装置连杆长度、机械臂动臂长度和简化后的机械臂斗杆长度输入软件当中，点击函数运算，便可以由软件主界面直接转移到函数绘制模块。

把液压挖掘机执行器末端位姿代表公式输入绘制界面中的CALLBACK 函数内，并对其他按钮函数进行科学设置，参考现有挖掘机参数测试软件性能，将现实状况和软件形成的液压挖掘机运行区域进行比较分析可以发现，软件绘制出来的挖掘机工作区域较为准确。

Stewart平台位置反解研究

摘要： Stewart机构运动比较复杂，仅仅通过数学模型的方法，无法充分直观的分析机构在不同位姿下各条液压缸长度的变化情况。据此，提出了基于 Simulink环境下对 Stewart平台进行位置反解的建模与仿真方法。在通过建立 Stewart平台位置反解数学模型的基础上，分析了 Simulink 中各模块的使用及参数设置方法，对位置反解的数学模型进行了建模，并对 Stewart机构 6 个单自由度的液压缸运动进行了仿真。结果表明，通过仿真曲线直观地了解了六自由度摇摆台位姿变化时， 6 条液压缸杆长变化规律。关键词！ Stewart平台；建模与仿真位置反解
Qinhuangdao
Research Institute C o . ， Ltd
Qinhuangdao， Hebei 066004 )
Abstract % The movement fore ’aiming at this use curve
of tlie
Stewart mechanism propose a
Yanshan Un
Yanshan University， Qinhuangdao， H
College of Mechanical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao， Hebei 066004; YSU-Yihua Electrical and Mechanical Engineering Technology
40
doi ： 10.11832/j .issn.1000-4858.2017.12.007
液％与气（
2017年第 1 2 期
Hale Waihona Puke Stewart平台位置反解研究

机械系统的运动控制及轨迹规划

机械系统的运动控制及轨迹规划1. 引言机械系统的运动控制和轨迹规划是现代工程领域中的重要课题。

随着科技的不断发展，机械系统在工业生产、交通运输、医疗器械等领域中的应用越来越广泛。

而一个优秀的机械系统的关键之一就在于其运动控制和轨迹规划的性能和精度。

本文将从理论和应用两个方面，探讨机械系统的运动控制和轨迹规划。

2. 机械系统的运动控制机械系统的运动控制是指通过对控制信号的传输和处理，使机械系统按照预先确定的规定轨迹和速度进行运动。

在机械系统的运动控制中，我们需要考虑到传感器的选择和安装、控制算法的设计和实现、执行器的选择和控制等多个因素。

2.1 传感器的选择和安装传感器在机械系统的运动控制中起到了至关重要的作用。

通过传感器可以获取到机械系统运动过程中的位置、速度、力等关键参数，从而实现对机械系统的监测和控制。

而在选择和安装传感器时，我们需要考虑到传感器的精度、响应速度、抗干扰能力等因素，以及传感器与机械系统的连接方式和位置。

2.2 控制算法的设计和实现控制算法是机械系统运动控制中的核心。

常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。

不同的算法适用于不同的控制需求和应用场景。

在设计控制算法时，我们需要考虑到机械系统的动力学特性、传感器反馈的精度和时间延迟等因素。

2.3 执行器的选择和控制执行器是机械系统运动控制中的执行部分。

常见的执行器包括电机、液压缸、气缸等。

在选择和控制执行器时，我们需要考虑到执行器的输出力矩或力、响应速度、动态特性等因素，并通过适当的控制信号使执行器按照预先设定的规定轨迹和速度运动。

3. 机械系统的轨迹规划机械系统的轨迹规划是指根据给定的起点、终点和路径要求，确定机械系统运动轨迹的过程。

在机械系统的轨迹规划中，我们需要考虑到轨迹的连续性、平滑性、避障性等多个因素。

3.1 轨迹规划方法常见的轨迹规划方法包括关键点插值法、样条插值法、优化方法等。

关键点插值法通过根据给定的关键点确定轨迹，适用于需要经过特定点的轨迹规划。

《3-UPS-S样机性能分析及运动规划研究》范文

《3-UPS-S样机性能分析及运动规划研究》篇一3-UPS-S样机性能分析及运动规划研究一、引言近年来，随着工业机器人及自动化设备需求的不断提升，机械结构的多样性与功能的完善性已成为相关研究领域关注的重点。

本文旨在深入研究一种3-UPS/S样机的性能，并通过运动规划的研究来探讨其实际运用的可能性与效率。

本章节将介绍本文的背景及研究意义，并提出本文的主要研究内容和目的。

二、3-UPS/S样机结构及性能分析（一）结构组成3-UPS/S样机是一种常见的机械结构，其名称源于其关键组成部分：三个UPS和S型的复合运动链。

UPS和S结构具有出色的稳定性和动态响应特性，广泛应用于高精度和高效率的机械设备中。

（二）性能分析本章节通过详细分析3-UPS/S样机的性能，包括承载能力、刚度、运动精度等方面，得出该样机在复杂环境下的优势与局限性。

此外，本文还运用仿真技术，从定性和定量角度出发，分析了其结构性能及其运动规律。

三、运动规划及策略研究（一）规划概述根据3-UPS/S样机的结构和性能特点，本章节探讨了各种可能的运动规划方案。

这些方案包括但不限于：轨迹规划、速度规划、力控制等。

通过对这些方案的深入研究，我们试图找到最符合实际需求的运动规划策略。

（二）具体策略1. 轨迹规划：根据实际需求，设计出满足特定要求的运动轨迹。

通过优化算法，使样机在满足约束条件下达到最优的运动效果。

2. 速度规划：根据样机的动态特性，制定合理的速度规划方案，以实现快速、平稳的运动。

同时，考虑到能量消耗和寿命等因素，对速度规划进行优化。

3. 力控制：根据外部负载的变化，实时调整样机的力输出，以保证其稳定性和精确性。

此外，力控制还可以用于实现样机的自适应运动和智能控制。

四、实验验证与分析为了验证本文提出的运动规划策略的有效性，我们进行了实验验证与分析。

通过对比实验结果和理论预测，评估了运动规划策略在实际应用中的性能。

同时，我们还对实验数据进行了详细分析，找出了可能存在的问题及改进措施。

stewart平台

• 用于工业机器人 • 左图为ABB公司研制的Delta机器人，它在 1kg负载条件下响应的速度可达10m/s，可用于包装作业中；右图为采用该类机器人工作的流水线。
• 此外， Stewart平台还可用于医用机器人，光学调整仪，飞船对接器， 6维测力仪等高精密仪器中，应用广泛。
That’s all
Thanks for listening！ From: xx龙
缺点
• 由于并联系统工作区间在某个自由度上并不是一根杆决定的，六根杆以及胡克铰限制使其工作空间比较小。 • 并联系统正解是已知六根伸缩杆的长度和位置来求解动平台姿态的过程，求解过程非常复杂，容易出现奇异解，而串联系统就相对简单得多。 • 并联系统虽然误差相对于串联系统小得多，但其误差源的维数也较大，误差分析时较串联系统复杂得多
并联系统虽然误差相对于串联系统小得多但其误差源的维数也较大误差分析时较串联系统复杂得多stewart平台的应用在动平台上装上动力头和刀具在静平台上装夹工件就可以作各种形状零件的机械加工该机床称为无导轨机床
Steward平台介绍
HC00xxxx xx龙 xxxxxx066
概念
• Steward平台是由Steward 与上世纪70年代提出的。其基本构成可分为动平台、静平台和六个空间支腿，每个支腿和动平台用球铰相连，和静平台则用胡克铰相连。在支腿的中间，可以是由液压缸组成的移动副或由滚珠丝杠组成的螺旋副，是每个支腿的原动件。
自由度分析
• 由于六支腿中间由独立液压缸组成，因此该机构共有六个原动件。其自由度计算则需由空间机构自由度的计算方法计算，其公式为：
F 6n (5 p5 4 p4 3 p3 2 p2 p1 ) 6n ipi

Stewart平台的运动可控制条件

文章编号:1004-132Ⅹ(2001)05-0502-03Stew art 平台的运动可控制条件刘文涛　博士研究生刘文涛　王知行　詹涵菁　王　宏摘要:Stew art 平台机构的正解具有多解性,这使得该机构在空间某些位姿下会出现运动不确定的情况,运动变得不可控制。

对Stew art 机构这种运动的不确定性与其奇异位形的联系进行了深入的研究。

关键词:Stew ar t 平台;并联机构;运动可控制性;假奇异中图分类号:T H 122 文献标识码:A收稿日期:2000—05—18 根据给定的杆长求解活动平台的位姿称为Stew art 平台的位置正解,其结果不惟一。

对于同一组杆长,活动平台具有多个可能的位姿与之相对应,而机构的整个工作空间也可随之分成多个位形区域,其中有些位形区域有着共同的边界。

当活动平台在运动过程中穿越这些边界时,其运动就变得不确定了,无法了解活动平台是仍在原来的位形区域中还是已经进入了另一个位形区域,因为二者的杆长是相同的。

为了避免出现这种情况,必须对Stewart 平台的运动可控制条件加以研究。

1　运动可控制性的说明如图1所示,设去掉一根驱动杆,如A 1B 1,而图1保持其它5根驱动杆的长度不变,活动平台将具有一个自由度,则B 1点的轨迹将形成一条空间曲线t 。

以A 1点为球心,作一个半径为r 1的球,交曲线t 于B 1a 和B 1b 点;同样以A 1点为球心,再作一个半径为r 0的球,与曲线t 相切于B 1c 点。

显然B 1a 点和B 1b 点处机构具有完全相同的杆长,这两个位姿则分属于对应同一组杆长的两个不同的位形区域,而B 1c 点则是以上两个位形区域的边界点。

如在B 1c 点处给A 1B 1一个增量r 1-r 0,机构可能到达B 1a 点也可能到达B 1b 点,运动是无法确定的。

下面在B 1c 点对机构进行运动分析。

为方便起见,将活动平台的坐标原点设在B 1点处,得到驱动杆与活动平台之间的速度映射关系如下[1]:v 1v 2…v 6=n T 1,(R 1×n 1)Tn T 2,(R 2×n 2)T …,…n T 6,(R 6×n 6)T v ′(1)或简记为[v ]=[J ]v ′(2)式中,v ′、为活动平台坐标原点处运动的速度和角速度;v i 为各驱动杆杆长的变化速率;n i 为各驱动杆的方向单位向量;R i 为各驱动杆上铰点相对于活动平台坐标原点的矢径。

柔性支撑Stewart平台的分析、优化与控制研究的开题报告

柔性支撑Stewart平台的分析、优化与控制研究的开题报告1. 研究背景和意义Stewart平台是一种重要的机械结构，它由一个固定底座和一个移动平台组成，通过多组连杆以及旋转关节连接在一起，可以实现六自由度的运动。

Stewart平台常常被应用于模拟器、航空航天模拟试验、精密测量仪器等领域。

但是，由于Stewart平台的连杆数量较多，结构复杂，且动态响应受质量分布和刚度分布的影响较大，因此需要在设计阶段对其进行分析、优化和控制，以提高其稳定性和精度。

柔性支撑Stewart平台是一种改进的Stewart平台，它在原有的连杆机构基础上增加了弹性元件作为支撑，能够减小结构刚度不均匀性和重叠度，提高响应速度和准确度。

因此，在工程实践中，柔性支撑Stewart平台具有广泛的应用前景。

本研究旨在对柔性支撑Stewart平台进行分析、优化和控制研究，以提高其性能和精度，为相关工程领域提供技术支持。

2. 研究内容和方法本研究主要包括以下内容：（1）柔性支撑Stewart平台的结构设计，包括连杆机构、弹性元件和支撑方案等。

（2）柔性支撑Stewart平台的动力学分析和控制，包括系统的运动学分析、动力学分析和控制算法设计等。

（3）柔性支撑Stewart平台的优化设计，包括优化方法的选择和应用、结构参数的优化和系统性能的优化等。

（4）柔性支撑Stewart平台的仿真和实验验证，包括系统建模、仿真分析和实验测试等。

研究方法主要包括理论分析、数值模拟、实验研究和数据处理等。

3. 研究计划和进度安排本研究计划分为以下几个阶段：（1）文献综述和理论基础的学习和掌握，预计用时1个月。

（2）柔性支撑Stewart平台的结构设计和动力学分析，预计用时2个月。

（3）柔性支撑Stewart平台的优化设计和控制算法设计，预计用时3个月。

（4）柔性支撑Stewart平台的仿真和实验验证，预计用时4个月。

总计用时10个月，计划在一年内完成研究任务。

微振动环境下Stewart平台系统研究的开题报告

微振动环境下Stewart平台系统研究的开题报告一、研究背景随着现代工业技术的发展，越来越多的机械装置需要在微振动环境下工作。

例如轨道交通、军事装备、航天器等都需要在微弱振动环境下工作。

在这些情况下，机械系统的高精度运动控制就尤为重要。

Stewart平台是高精度运动控制的常用装置之一，其在飞行模拟器，运动仿真和精密加工机床等领域得到了广泛应用。

然而，在微振动环境下，Stewart平台的运动精度可能会受到影响，因此有必要进行相关研究，以进一步提高Stewart平台的运动精度与稳定性。

二、研究对象Stewart平台是由6个可变杆长的杆件和6个支撑平面组成的并联机构，其精度与机械稳定性直接影响到系统的性能。

本研究选择Stewart平台作为研究对象，探究在微振动环境下Stewart平台的运动精度与机械稳定性是否受到影响，并寻求相应的解决方案。

三、研究内容本研究将从以下几个方面进行探究：1. 分析微振动环境对Stewart平台运动精度的影响，探究其原因。

2. 分析微振动环境对Stewart平台机械稳定性的影响，探究其原因。

3. 针对微振动环境下Stewart平台的问题，提出相应的解决方案。

4. 根据解决方案，设计相应的实验进行验证。

四、研究意义本研究将为Stewart平台的高精度运动控制提供有意义的实验数据，有助于解决在微振动环境中运动控制存在的问题，提高Stewart平台的运动精度与机械稳定性。

同时，该研究也有助于提高在微振动环境下其他机械系统的运动控制精度。

五、研究方法本研究将采用理论模型分析与实验方法相结合的方式进行，具体研究方法包括：1. 对Stewart平台的运动原理进行动力学建模，分析微振动环境对机构的影响。

2. 使用基于有限元分析的计算机软件模拟Stewart平台在微振动环境下的工作情况，验证理论模型的正确性，并提取实验数据。

3. 设计实验工具，模拟微振动环境下的运动控制情况，测试Stewart 平台的精度与稳定性，并获取实验结果。