并联微定位平台结构优化及位姿检测系统研究

发布时间：2018-05-17 01:28

  本文选题：并联定位平台 + 结构参数优化　； 参考：《中国航天科技集团公司第一研究院》2017年硕士论文

【摘要】：并联定位平台具有结构简单紧凑、刚度大、综合误差小及自由度完备的特点,在工业自动化、科学研究及航空航天领域具有极其广泛的应用前景。由于并联机构模型复杂,各轴之间存在强耦合,位置姿态测量解算复杂,因此并联机构自诞生以来,一直成为国内外学者研究的热点之一。本文以课题组并联微定位平台研制项目为背景,就基于Stewart的微并联定位平台的运动学及动力学建模、模型结构参数的优化及其位置姿态在线检测技技术展开研究,主要内容如下。本文以Stewart并联机构为基础,利用空间几何原理建立了并联微定位平台的运动学参数模型,并基于模型分析了定位平台不同位姿下各支撑杆的杆长及速度变化关系,为后续结构参数优化和位置姿态解算提供理论依据。为了使所设计的定位平台具备更好的操作及运动性能,根据定位平台实际需求,建立并联定位平台刚度计算模型。以平台刚度和操作空间为优化目标,建立了优化算法的适应度函数,并利用启发式优化算法对平台结构参数进行优化。为了快速准确测量六自由度并联微定位平台的位姿,验证平台的定位精度,本文基于多片二维PSD光电位置传感器设计了六自由度光学位姿检测系统。依据几何光学理论,建立了六自由度位姿解算的数学模型,并针对操作空间内的典型位姿进行位置姿态的仿真计算。同时,进一步地分析了该模型在考虑存在测量误差时的理论计算误差。本文以并联微定位平台为研究背景,研究了并联机构的运动学及动力学模型,基于模型建立了并联平台的刚度模型。以平台刚度及操作空间为优化目标,并利用启发式优化算法对并联平台的结构参数进行优化。文章最后针对并联平台在线位姿检测问题,提出基于多片二维PSD光电位置传感器的非接触式光学位姿检测系统,并进行典型位姿仿真计算及误差分析。本文的研究工作为并联微定位平台的设计和检测提供理论支撑。
[Abstract]:The parallel positioning platform has the characteristics of simple and compact structure, large stiffness, small comprehensive error and complete degree of freedom. It has an extremely wide application prospect in the field of industrial automation, scientific research and aerospace. Because the model of parallel mechanism is complex, there is strong coupling between each axis, and the solution of position and attitude measurement is complex, so the parallel mechanism has been one of the hot research topics of domestic and foreign scholars since its birth. In this paper, the kinematics and dynamics modeling of the micro-parallel positioning platform based on Stewart, the optimization of the structural parameters of the model and the technology of position and attitude on-line detection are studied based on the research project of parallel micro-positioning platform. The main contents are as follows. Based on the Stewart parallel mechanism, the kinematics parameter model of the parallel micro-positioning platform is established by using the spatial geometry principle, and the relationship between the length and the velocity of the support rod under different position and pose of the positioning platform is analyzed based on the model. It provides a theoretical basis for the subsequent optimization of structural parameters and the calculation of position and attitude. In order to make the designed positioning platform have better operating and kinematic performance, the stiffness calculation model of parallel positioning platform is established according to the actual requirements of the platform. The fitness function of the optimization algorithm is established with the platform stiffness and operating space as the optimization objectives. The structural parameters of the platform are optimized by heuristic optimization algorithm. In order to quickly and accurately measure the position and pose of the 6-DOF parallel micro-positioning platform and verify the positioning accuracy of the platform, a six-degree-of-freedom optical position and attitude detection system is designed based on the multi-dimensional PSD photoelectric position sensor. Based on the geometrical optics theory, the mathematical model of six degrees of freedom position and attitude solution is established, and the simulation of the position and attitude of typical position and pose in the operating space is carried out. At the same time, the theoretical calculation error of the model considering the measurement error is further analyzed. In this paper, the kinematics and dynamics model of parallel mechanism is studied based on the research background of parallel micro-positioning platform. The stiffness model of parallel platform is established based on the model. The stiffness and operating space of the platform are taken as the optimization objectives, and the structural parameters of the parallel platform are optimized by heuristic optimization algorithm. Finally, aiming at the problem of on-line position and pose detection of parallel platform, a non-contact optical position and pose detection system based on multi-slice two-dimensional PSD photoelectric position sensor is proposed, and the simulation calculation and error analysis of typical position and pose are carried out. The research work in this paper provides theoretical support for the design and detection of parallel micro positioning platform.
【学位授予单位】：中国航天科技集团公司第一研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH112

【参考文献】

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本文编号：1899308