通用斯图尔特平台运动学正演数值求解方法及应用

通用斯图尔特平台运动学正演数值求解方法及应用

一、通用Stewart平台运动学正向数值求解方法及应用(论文文献综述)

王攀峰,王星,郭璠,杨彦东[1](2022)在《丝传动3-S■R并联机构运动学分析与力反馈控制》文中研究说明并联机构刚性高且动态性能好,用于开发力反馈设备时,在力觉刚性以及位姿分辨率方面优势明显.学界与业界多基于Delta机构开发高性能并联力反馈设备,本文采用3-S■R并联机构设计和开发出一种新型力反馈设备.采用丝传动方式并基于差动原理,提出了一种新型直线动单元作为3-S■R并联力反馈机构驱动副,有效提升了力反馈设备的位姿分辨率与力觉刚性.并联机构的位置正解效率直接影响操控力反馈设备的实时性,本文以动平台中心和球铰链中心距为中间变量,构造出量纲统一的迭代矩阵,实现了该机构位置正解模型的高效求解.相较于传统位置正解的数值方法,求解效率提升近一个数量级,大幅提升了该力反馈机构的位姿反馈实时性.在运动学模型的基础上,基于虚功原理建立了力反馈机构的力映射模型,提出一种含机构重力补偿的反馈力计算方法.基于上述方法开发算法并设计出控制系统,实现了力反馈机构的位姿实时监控及反馈力控制.通过重力补偿实验,验证了上述方法及其控制系统的有效性.

孙娜,王强,赖淑惠[2](2021)在《多轴并联机器正运动分析与视觉伺服研究》文中指出这里介绍了一种专门用于拾取和放置的六自由度并行机器人,该机器人具有高速和高载荷自重比的封闭式运动结构。这里针对六轴并联机器人运动控制和视觉抓取问题进行了深入的研究。首先针对六轴并联机器人的逆运动学问题进行求解;其次本文提出了牛顿修正法的六轴并联机器人实时正运动学求解方法;再次利用图像学形态算法从图像信息中确定待抓取目标的形态学特征,采用目标中心定位方法进行视觉抓取;最后利用实验验证了六轴并联机器人运动学和视觉抓取模型的正确性。结果表明该策略在较短的执行时间内,位置和方向参数的精度分别接近0.008mm和0.0012°。

晏祖根,窦家明,刘玉斌,孙智慧,桑华,康琪麟[3](2021)在《前庭康复6-PSS并联机器人设计与ADAMS仿真》文中进行了进一步梳理前庭功能损伤是运动功能障碍患者的一个主要病因.为帮助前庭障碍患者进行科学有效的康复训练,基于Stewart机构,设计了一种新型的直线电机驱动的前庭康复6-PSS并联机器人.建立了机器人运动学模型和拉格朗日方程动力学模型,求取了机器人运动学逆解.建立了机器人的ADAMS虚拟样机并开展仿真研究,仿真结果表明,机器人动平台最大加速度为1.2 m/s2,可有效刺激患者的前庭觉,进行前庭障碍患者康复训练内容.

张傲杰,张尚盈,陈皓晖[4](2021)在《绳驱并联机器人实时正解数值算法》文中指出提出一种求解冗余约束绳驱并联机器人实时正解的数值算法。建立八绳六自由度绳驱并联机器人运动学模型,并对其机构进行参数化,根据矢量封闭原则计算绳索长度。由反解方程导出非线性正解方程组,取运动平台的初始位姿作为初值,运用Dog Leg算法迭代求出位姿正解。取圆曲线作为运动平台的运动轨迹,实时仿真实验表明该算法可完成精确的位姿正解运算。实验结果显示5种位姿组合平均耗时均小于0.07 ms,满足求解绳驱并联机器人位姿正解的实时性要求。

胡波,张达,高俊林,耿雪雯,叶妮佳,姚建涛,易旺民[5](2021)在《基于共形几何代数求解(4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构位置正解》文中研究说明提出将共形几何代数引入至串并联机构位置正解求解过程,以(4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构为例,首先分别针对上下层并联机构选择合理的运动学参数,基于共形几何代数中基本几何元素的表示方法,对机构中相应球面、平面等共形几何表达式进行求交或对偶运算,得到上下层并联机构动平台顶点的共形几何表达。再结合机构中尺寸、几何约束和内积运算,建立上下层并联机构正向位置解的一元高次方程,进而获得上下层并联机构动平台相对于基平台的位姿。在此基础上,基于共形几何代数中刚体运动变换表达式,得到串并联机构动平台顶点的共形几何表达,进而获得串并联机构的位置正解。该方法避免了传统方法中复杂的消元运算,且分析过程几何直观性较强,在简化串并联机构位置正解几何建模方面表现出巨大优势。

龚肇沛[6](2021)在《空间变负载磁浮隔振系统建模及主动抑振控制研究》文中研究说明天宫一号/二号空间实验室于2011年与2016年相继入轨,中国空间站将于2022年完成在轨部署,这对推动我国空间环境探测高质量发展再上新台阶意义重大。作为承载精密载荷、连接空间站、抵消扰动的关键设备,空间主动抑隔振系统直接影响精密科学实验任务的成败。空间环境中人员活动、姿轨控调整、机械往复运动会产生宽频、小幅值振动扰动,如何在多源振动扰动工况中,为不同试验任务的负载提供准静环境,成为空间抑振系统圆满完成任务的关键。本文以空间环境中磁悬浮主动隔振系统为研究对象,建立了考虑实验负载更换对系统影响的运动学与耦合动力学模型,推导了系统耦合主动解耦与非线性冗余驱动协调方法,研究了基于多源信息的磁浮隔振系统主动抑振策略,并通过地面实验系统与实验手段,验证了所提方法的有效性。针对现有抑振系统大多基于负载确定的问题,本文围绕变负载工况,开展了负载变化与冗余驱动对系统影响的分析。本文在特殊欧式群(3)空间中建立了考虑变负载工况的系统六维运动学与动力学模型;引入统一变量刻画负载变化对系统运动学与动力学模型造成的影响。通过整合与分析,推导出面向控制系统的规范化模型,为状态耦合解耦与先进抑振控制提供基本参考。进一步,基于此模型提出利用光学/惯性传感器阵列的多源运动信息估计测量方法,建立基于多源感知信息的运动状态融合与估计策略,满足空间特殊环境下的模型关键信息获取需求,为模型的使用奠定基础。在深入分析系统耦合属性的基础上,本文推导了耦合主动解耦与非线性冗余驱动协调方法。当隔振系统依照任务需求进行负载更换,动力学模型已知的假设被破坏,引发的运动状态耦合会大大降低隔振系统抑振效果。为解决此问题,以提升空间无人环境下隔振系统的负载适应性与系统智能性为目标,对冗余驱动的多入多出系统开展可逆性分析,给出基于逆系统原理的状态耦合解析解耦与自解耦方法。为解决非线性冗余驱动引入的内力对抗、热耗不均、能量损耗问题,分别对两种典型工况推导了各自的驱动力最优协调方法。最终通过将驱动协调与状态解耦相配合,构建了从可控自由度,到系统实际运动状态的解耦映射。为了在多扰动源工况下为实验载荷提供准静环境,本文提出了一种基于多源信息的主动抑振控制策略。对抑振系统控制目标与评价指标开展分析,基于多源信息,构建了由频域赋权的多目标控制模型,与振动路经自适应补偿模型。基于模型对控制律进行最优化求解,设计了满足多目标需求的反馈主动抑振控制律,与振动传递路径自适应前馈补偿控制律,在不同频域错峰满足了相矛盾的抑振与跟踪控制需求。通过与前述的状态感知、非线性驱动力协调以及运动状态解耦相结合,构建了六维磁浮隔振系统的主动隔振控制器。在已有磁悬浮抑振平台机械框架基础上,研制了具备高精度采集、驱动系统与强实时控制系统的磁浮隔振系统样机,及地面有限自由度零重力模拟辅助装置。经该装置辅助的样机,可在地面同时模拟三自由度零重力工况,相较于落塔法有效降低了低重力地面试验的复杂度,提升了地面试验的便捷性。基于此样机,对前述章节提出的感知与测量策略、主动解耦方法、非线性冗余驱动力协调方法方法及多源扰动下的主动抑振策略,分别开展了对应的地面环境实验验证,对缺乏物理实验验证条件的部分开展了对应性的仿真验证。一系列实验结果表明了前述感知、解耦、协调与控制方法的有效性。本文的研究成果可被应用于空间站低重力抑隔振系统的分析、设计、制造、控制,对提升近地轨道近零重力环境的有效利用,具有一定的理论指导意义和工程实现价值。

刘艳浩[7](2021)在《六自由度并联平台的动力学分析与结构参数优化》文中认为

管坡[8](2021)在《基于6-DOF并联机器人主动减摆设计》文中认为主动减摆系统通过机电手段,控制运动平台主动运动对抗外界扰动,降低运动平台摆动,增强平台稳定性,在科研科考、特种货物运输等领域具有重要价值。典型的主动减摆系统通常采用三自由度云台,或多关节机械臂实现,前者仅能抑制外界对于姿态角度的扰动,后者则具有承载力低的缺点,难以对大型重载设备实现主动减摆。6-DOF并联机器人具有六个自由度,能够同时控制位置和姿态,且具有负载能力大、动态响应快、无累积误差等优点,在诸多工程应用领域获得广泛使用。6-DOF并联机器人的这些优点,也使其非常适合应用于主动减摆系统。因此,论文研究了基于6-DOF并联机器人的主动减摆系统设计,对该系统设计的一系列相关问题展开深入研究。首先介绍了 6-DOF并联机器人的运动学控制算法,在此基础上研究了并联机器人机械结构参数与运动空间之间的关系,设计了运动空间优化算法,从而在不违背机械结构约束的前提下,最大化可使用运动空间。基于以上研究成果,设计了 6-DOF并联机器人运动空间搜索及优化程序,为并联机器人机械结构参数设计提供有效指导。本文进一步研究了 6-DOF并联机器人误差标定算法,用于辨识机器人生产加工中存在的误差,在实际控制中加以修正,提高运动控制精度,从而提高减摆控制性能。论文总结了并联机器人的误差来源,提出了基于正向运动学和逆向运动学的误差辨识方法,在此基础上设计了机器人误差标定程序,并通过数值仿真试验,研究了机械误差对于机器人运动控制的影响,误差标定辨识的计算精度,验证了误差标定对于机器人运动控制精度的提高。接下来本文研究了单自由度主动减摆,由于六个自由度相互独立,故先从一个自由度做起,先在仿真环境下测试不同情况下可靠性,然后在单自由度主动减摆实物上测试抑制扰动的能力;最后,在仿真环境下搭建并联机器人的模型,验证并联机器人主动减摆算法的可靠性,然后在并联机器人实物上进一步测试,验证主动减摆算法的性能。

方义圣[9](2021)在《六自由度并联脊柱手术机器人的设计与优化》文中研究表明

刘万正[10](2021)在《基于6-UPS并联构型定位平台控制研究》文中提出

二、通用Stewart平台运动学正向数值求解方法及应用(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、通用Stewart平台运动学正向数值求解方法及应用(论文提纲范文)

(2)多轴并联机器正运动分析与视觉伺服研究(论文提纲范文)

1 引言
2 机器人结构与系统
    2.1 机械臂结构
    2.2 机器人系统
3 机械臂运动学分析
    3.1 机械臂运动学反解
        3.1.1 坐标系建模
        3.1.2 运动学反解
    3.2 机械臂运动学正解
    3.3 牛顿修正(优化)法
4 视觉抓取
    4.1 视觉系统
    4.2 视觉标定
    4.3 图像处理
5 实验
    5.1 运动控制实验
    5.2 视觉抓取实验
6 结论

(3)前庭康复6-PSS并联机器人设计与ADAMS仿真(论文提纲范文)

1 前庭康复并联机器人工作原理
2 并联机构运动学建模
3 并联机构运动学逆解
4 并联机构拉格朗日动力学分析
5 ADAMS虚拟样机仿真
    5.1 搭建虚拟样机
    5.2 动平台运动规律
    5.3 动平台运动仿真
6 结语

(4)绳驱并联机器人实时正解数值算法(论文提纲范文)

0 前言
1 系统描述
    1.1 机构参数确定
    1.2 绳驱并联机器人反解
2 Dog Leg位姿正解算法
    2.1 Dog Leg算法
    2.2 位姿正解
3 实时仿真
4 结论

(5)基于共形几何代数求解(4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构位置正解(论文提纲范文)

0前言
1 共形几何代数基础
    1.1 基本运算法则
    1.2 基本几何元素的表示
    1.3 角度运算
    1.4 几何变换与刚体运动
2 (4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构位置正解分析
    2.1 (4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构的描述
    2.2 基于共形几何代数的下层4SPS+SPR机构位置正解分析
    2.3 基于共形几何代数的2RPS+SPR机构位置正解分析
    2.4 基于共形几何代数的(4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构位置正解分析
3 数值算例
4 结论

(6)空间变负载磁浮隔振系统建模及主动抑振控制研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题背景
        1.1.3 课题研究目的及意义
    1.2 空间振动抑制与隔离系统研究现状
        1.2.1 被动隔振系统研究现状
        1.2.2 主动隔振系统研究现状
        1.2.3 主被动混合隔振系统研究现状
    1.3 主动隔振系统关键技术及方法研究现状
        1.3.1 主动隔振系统驱动方法
        1.3.2 主动隔振系统力学模型构建方法
        1.3.3 主动隔振系统运动耦合解耦方法
        1.3.4 主动隔振系统先进抑振控制方法
    1.4 国内外研究现状分析
    1.5 本文主要研究内容
第2章 空间变负载磁浮隔振系统模型建立及状态估计
    2.1 引言
    2.2 空间六维磁浮隔振系统简介
    2.3 变负载磁浮隔振系统耦合模型建立
        2.3.1 考虑负载变化的隔振系统运动学建模
        2.3.2 变负载磁浮隔振系统耦合动力学建模及分析
    2.4 空间磁浮隔振系统运动状态测量与估计策略
        2.4.1 基于光学相对传感器阵列的位姿信息解算
        2.4.2 基于惯性传感器阵列的加速度信息解算
        2.4.3 基于多源信息的运动状态融合与估计策略
    2.5 本章小结
第3章 变负载磁浮隔振系统状态解耦与非线性驱动力协调方法
    3.1 引言
    3.2 变负载六维隔振系统状态耦合解析解耦方法
        3.2.1 六维隔振系统耦合问题描述
        3.2.2 基于逆系统的状态解耦方法
        3.2.3 六维隔振系统动力学模型可逆性证明
        3.2.4 六维隔振系统状态解析解耦研究
    3.3 变负载六维隔振系统状态耦合自解耦方法
        3.3.1 神经网络与基于神经网络的逆系统
        3.3.2 基于神经网络逆系统的隔振系统耦合自解耦
    3.4 隔振系统非线性冗余驱动力协调方法
        3.4.1 协调优化目标与约束条件分析
        3.4.2 电磁多场耦合等效模型估计
        3.4.3 非线性驱动力最优协调问题求解
    3.5 系统解耦与协调驱动的分析及实现
        3.5.1 磁浮隔振系统耦合问题分析
        3.5.2 磁浮隔振系统解耦方法实现
    3.6 本章小结
第4章 基于多源信息的隔振系统抑振控制策略研究
    4.1 引言
    4.2 隔振系统性能定义与控制目标分析
        4.2.1 多扰动下单自由度隔振系统模型建立
        4.2.2 扰动分析与参数定义
        4.2.3 性能指标与控制目标分析
    4.3 面向单自由度抑振系统的多目标主动抑振控制策略
        4.3.1 多扰动源下的单自由度振动抑制分析
        4.3.2 基于混合范数性能指标的多目标控制律设计
    4.4 基于多源信息的六自由度主动抑振控制策略
        4.4.1 固定前馈补偿控制律设计
        4.4.2 振动自适应补偿控制律设计
        4.4.3 六自由度隔振系统主动抑振控制策略分析与实现
    4.5 本章小结
第5章 空间磁浮隔振系统样机研制与振动抑制实验验证
    5.1 引言
    5.2 空间磁浮隔振系统与地面零重力模拟装置研制
        5.2.1 机械结构与零重力模拟装置简介
        5.2.2 运动状态测量系统设计
        5.2.3 电磁隔振单元驱动系统设计
        5.2.4 控制系统设计
    5.3 运动状态测量仿真与实验验证
        5.3.1 相对位姿状态估计实验验证
        5.3.2 加速度状态估计实验验证
        5.3.3 角加速度状态估计实验验证
    5.4 非线性冗余驱动协调实验验证
        5.4.1 电磁多场耦合等效模型估计方法验证
        5.4.2 冗余驱动力协调方法实验验证与分析
    5.5 变负载工况状态耦合解耦实验验证
        5.5.1 径向基神经网络逆系统建立实验验证
        5.5.2 变负载耦工况多自由度解耦实验验证
    5.6 基于多源信息的隔振系统主动抑振控制实验验证
        5.6.1 多目标控制方法验证与分析
        5.6.2 基于多源信息的主动抑振控制方法验证与分析
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历

(8)基于6-DOF并联机器人主动减摆设计(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
    1.2 并联机器人的特点与应用
    1.3 并联机器人国内外研究现状
    1.4 并联机器人主动减摆理论研究现状
        1.4.1 主动减摆技术的发展
        1.4.2 并联机构减摆的研究现状
    1.5 主要研究内容和章节安排
2 并联机器人运动学计算及运动空间优化
    2.1 并联机器人的运动学
        2.1.1 坐标系定义
        2.1.2 并联机器人运动控制概述
        2.1.3 欧拉角和旋转变换
        2.1.4 并联机器人逆向运动学计算
        2.1.5 并联机器人正向运动学计算
    2.2 并联机器人运动空间的计算方法
        2.2.1 运动空间的定义和搜索
        2.2.2 下降单纯形法
    2.3 并联机器人运动空间的优化
    2.4 并联机器人运动空间搜索与优化程序设计
    2.5 不同的机械结构对机器人运动空间的影响
    2.6 本章小结
3 并联机器人标定算法
    3.1 并联机器人误差来源与定义
    3.2 并联机器人标定算法的原理
    3.3 使用观测仪器检测机器人位姿
    3.4 观测器与机器人坐标转换
    3.5 并联机器人标定算法过程
        3.5.1 并联机器人标定控制程序
        3.5.2 误差与标定仿真计算
        3.5.3 机器人本体误差对于位姿精度的影响
        3.5.4 误差项数量对于标定的影响
        3.5.5 标定对于机器人位姿误差的影响
    3.6 本章小结
4 单自由度主动减摆设计
    4.1 单自由度主动减摆的硬件结构
        4.1.1 加速度参数设置及计算
        4.1.2 单自由度直线减摆接线原理图
    4.2 基于前馈控制的主动减摆理论基础
        4.2.1 不考虑直线导轨长度时的前馈控制
        4.2.2 位移和速度双闭环结构
        4.2.3 考虑直线导轨转速上限和长度上限时的前馈控制
    4.3 基于反馈控制的主动减摆理论基础
        4.3.1 PID控制理论基础
        4.3.2 不考虑直线导轨长度时的反馈控制
        4.3.3 考虑直线导轨长度时的反馈控制
    4.4 同时包含前馈与反馈的减摆控制
    4.5 单自由度主动减摆实验
        4.5.1 不考虑直线导轨长度时的前馈控制
        4.5.2 考虑直线导轨长度时的前馈控制
        4.5.3 不考虑直线导轨长度时的反馈控制
        4.5.4 考虑直线导轨长度时的反馈控制
        4.5.5 同时包含前馈和反馈的主动减摆控制
        4.5.6 单自由度主动减摆实物测试
    4.6 本章小结
5 并联机器人主动减摆设计
    5.1 并联机器人主动减摆控制算法
        5.1.1 仅考虑平移运动的减摆控制
        5.1.2 仅考虑姿态变化的减摆控制
        5.1.3 同时考虑位移和姿态变化的减摆控制
    5.2 并联机器人减摆控制的软件结构
        5.2.1 机器人复位控制流程
        5.2.2 机器人正常工作控制流程
    5.3 并联机器人减摆控制的硬件结构
        5.3.1 6-DOF并联机器人介绍
        5.3.2 加速度传感器信号处理
    5.4 并联机器人主动减摆实物测试
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献

四、通用Stewart平台运动学正向数值求解方法及应用(论文参考文献)

  • [1]丝传动3-S■R并联机构运动学分析与力反馈控制[J]. 王攀峰,王星,郭璠,杨彦东. 天津大学学报(自然科学与工程技术版), 2022(02)
  • [2]多轴并联机器正运动分析与视觉伺服研究[J]. 孙娜,王强,赖淑惠. 机械设计与制造, 2021(12)
  • [3]前庭康复6-PSS并联机器人设计与ADAMS仿真[J]. 晏祖根,窦家明,刘玉斌,孙智慧,桑华,康琪麟. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版), 2021(05)
  • [4]绳驱并联机器人实时正解数值算法[J]. 张傲杰,张尚盈,陈皓晖. 机床与液压, 2021(18)
  • [5]基于共形几何代数求解(4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构位置正解[J]. 胡波,张达,高俊林,耿雪雯,叶妮佳,姚建涛,易旺民. 机械工程学报, 2021(13)
  • [6]空间变负载磁浮隔振系统建模及主动抑振控制研究[D]. 龚肇沛. 哈尔滨工业大学, 2021
  • [7]六自由度并联平台的动力学分析与结构参数优化[D]. 刘艳浩. 沈阳建筑大学, 2021
  • [8]基于6-DOF并联机器人主动减摆设计[D]. 管坡. 西安理工大学, 2021(01)
  • [9]六自由度并联脊柱手术机器人的设计与优化[D]. 方义圣. 上海应用技术大学, 2021
  • [10]基于6-UPS并联构型定位平台控制研究[D]. 刘万正. 沈阳建筑大学, 2021

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