4-Stewart并联运动平台的设计与分析
本文关键词：4-Stewart并联运动平台的设计与分析 出处：《河北大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：并联运动模拟器的研究涵盖了机构学、机械设计、力学、计算机科学等领域的知识以及研究成果,是近几十年来迅速发展起来的交叉学科。随着科技的发展得到了更为广泛的应用,同时也对并联运动平台的创新设计提出了更高的要求,因此对并联运动平台进行开发和研究具有十分重大的意义。本文中提出了一种4-Stewart并联机构运动平台,具有单体体积小、制作工艺简单、易于装配、易于控制等优点,能够实现末端平台的多自由度运动,且动态性能好、负载/自重比更大,可作为如汽车模拟器、飞行模拟器、地震模拟器、多功能手术台、平衡康复训练台等各类以承载能力为主要性能指标之一的动态平台的机械本体。为便于分析,以4-Stewart并联平台为本体的新型汽车驾驶训练装置为研究对象,对其运动学(包括正反解)、承载力以及工作空间等进行了较为详细的分析和仿真。首先,对驾驶训练装置模型建立多个坐标系,对不同路况下汽车的位姿以及Stewart平台的状态进行了分析,相较于传统驾驶模拟器能够实现汽车更多的位姿,可以更加真实的模拟汽车行驶时的运动状态。根据空间矢量关系,求解出了运动学反解方程,并用MATLAB进行了算例仿真,由仿真结果可知支链运动范围较大以及给出平台末端姿态时的24个主动支链的输入量,对于多路况下的位姿描述均可得到相应的位置反解结果。另外,本文采用了雅克比矩阵迭代法解决了位置正解的问题,并在MATLAB中进行了对比仿真验证。其次,对整体装置和任一小型Stewart运动平台进行了受力平衡分析,并对各运动平台进行力旋量的分析,在力旋量方程的基础上进行奇异位形的力雅克比矩阵判别,以及承载力的分析,并用MATLAB绘制了承载力空间图,得出较传统模拟器负载/自重比更大的优点。最后,依据驾驶训练装置的数学模型以及约束方程,采用边界点搜索法求解出驾驶装置的工作空间,绘制出驾驶装置的位置工作空间和姿态工作空间的三维图,便于平台尺寸的优化设计。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH122
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，本文编号：1333424
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