基于模拟退火算法的Stewart平台的运动学正解分析
发布时间：2020-12-04 17:08
在工业生产之中Stewart平台被广泛应用。由于上平台得位姿不易得到测量,又需要监控机构的运行位置。因此对Stewart平台进行运动学正解分析是十分必要的。本文利用牛顿-泰勒法建立Stewart平台的运动学正解模型,求解出位置逆解、速度逆解。并利用模拟退火算法与初值无关并且具有概率突跳性和Newton-Raphson迭代法精度高的特点,提出了模拟退火算法和Newton-Raphson迭代法相结合的Stewart平台位置正解方法。通过MATLAB编制了运动学正解和运动学反解的程序。利用SolidWorks进行建模,并且在Adams上进行运动仿真验真了算法的准确性,为下一步的研究提供理论依据。
【文章来源】：软件. 2020年06期 第247-252+256页
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Stewart平台运动学模型Fig.1KinematicsmodeloftheStewartplatform
邵云龙等：基于模拟退火算法的Stewart平台的运动学正解分析249《软件》杂志欢迎推荐投稿：cosoft@vip.163.com图2速度矢量图Fig.2SpeedvectorJ－输入速度对运动平台位姿速度的一阶影响系数矩阵。J=111222333444555666e(R)()()()()()TTBTTBTTBTTBTTBTTBeeReeReeReeReeRe式中：BiR—为上平台铰结点Bi相对于体坐标系原点的位矢；ei—为第i个支杆的单位向量。2模拟退火算法—Newton-Raphson正解算法为了解决Stewart平台传统运动学正解求解问题中的对于初值依赖性较大的情况，将模拟退火算法与Newton-Raphson迭代法结合起来，在简化求解步骤的同时，既保证原本数值迭代法的高速运算，又发挥了模拟退火算法具有概率突跳性的特点。提高了运动学正解的计算精度。2.1模拟退火算法模拟退火算法是由S.Kirkpatrick，C.D.Gelatt和M.P.Vecchi在1983年根据物理退火过程发明的。它是一种非线性反演算法[7]。模拟退火算法的一般步骤是：首先根据具体情况给定算法所需的初始值，接着再利用新解的求娶接收准则等，对产生的新解进行不断地迭代，直到目标函数适应度达到当前命题所规定的的要求。2.1.1初始值的选取初始值的选取偏差大小，对模拟退火算法的收敛速度有着深刻的影响[8]。为了确定初始值的数值范围，首先将虚拟样机成功运行的数据作为选值空间，并将初选的上平台的位姿变化作为输入，进行运动学反解的计算，并将计算的后的结果与预计算的六个驱动杆的长度数值进行比较。如若两者比较误差的数值没有超过预先规定阈值时，则采用此时的初始值。反之，若超过阈值，则抛弃此时的?
第41卷第6期软件《软件》杂志欢迎推荐投稿：cosoft@vip.163.com252图10上平台绕Y轴旋转角度变化曲线Fig.10CurveofrotationangleofupperplatformaroundYaxis图11上平台绕Z轴旋转角度变化曲线Fig.11CurveoftherotationangleoftheupperplatformaroundtheZaxis图12任意液压缸的位移变化Fig.12Changeofdisplacementofanyhydrauliccylinder将上述六个液压缸的位移变化曲线离散成坐标，然后制成样条曲线。并将其作为驱动，可以得到符合上平台目标函数的轨迹，有效地加快了模拟平台的设计和建立的速度。4基于MATLAB的Stewart平台的运动学正解实验将上述算法写成程序，并将六个液压缸的长度变化作为输入，求出以下六组数据。图13求解的上平台位姿数据图Fig.13Posedataoftheupperplatform图14求解的上平台位姿数据误差变化图Fig.14Thevariationoftheposedataoftheupperplatform（下转第256页）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于混合模拟退火算法的阵列侧向测井实时反演研究[J]. 冯进,倪小威,杨清,管耀,刘迪仁. 石油钻探技术. 2019(05)
[2]基于模拟退火算法的船舶航向PID控制器参数优化研究[J]. 邵文超. 科学技术创新. 2019(22)
[3]七支链Stewart并联机构位置正解的半解析算法[J]. 朱俊豪,尤晶晶,叶鹏达. 机械设计与制造工程. 2019(07)
[4]基于多目标遗传算法的Stewart平台运动学正解解算[J]. 胡启国,骆艳丽,王宇谦. 机械传动. 2019(03)
[5]六自由度Stewart平台运动学遗传神经网络正解[J]. 李晶. 舰船科学技术. 2017(04)
[6]船舶运动仿真平台的设计[J]. 林智宏,曾震宇,朱钰,宫瑞. 自动化技术与应用. 2016(12)
[7]六自由度并联机构变搜索原点迭代正解方法[J]. 杨恒,薛开. 应用科技. 2016(02)
[8]基于BP神经网络的Stewart平台位姿正解算法研究[J]. 张宗之,秦俊奇,陈海龙,刘平松. 机械传动. 2015(06)
[9]基于ADAMS的六自由度液压动感平台建模及运动学仿真[J]. 林砺宗,潘大亨,傅招国,倪小鹏. 机床与液压. 2012(13)
本文编号：2897954
【文章来源】：软件. 2020年06期 第247-252+256页
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Stewart平台运动学模型Fig.1KinematicsmodeloftheStewartplatform
邵云龙等：基于模拟退火算法的Stewart平台的运动学正解分析249《软件》杂志欢迎推荐投稿：cosoft@vip.163.com图2速度矢量图Fig.2SpeedvectorJ－输入速度对运动平台位姿速度的一阶影响系数矩阵。J=111222333444555666e(R)()()()()()TTBTTBTTBTTBTTBTTBeeReeReeReeReeRe式中：BiR—为上平台铰结点Bi相对于体坐标系原点的位矢；ei—为第i个支杆的单位向量。2模拟退火算法—Newton-Raphson正解算法为了解决Stewart平台传统运动学正解求解问题中的对于初值依赖性较大的情况，将模拟退火算法与Newton-Raphson迭代法结合起来，在简化求解步骤的同时，既保证原本数值迭代法的高速运算，又发挥了模拟退火算法具有概率突跳性的特点。提高了运动学正解的计算精度。2.1模拟退火算法模拟退火算法是由S.Kirkpatrick，C.D.Gelatt和M.P.Vecchi在1983年根据物理退火过程发明的。它是一种非线性反演算法[7]。模拟退火算法的一般步骤是：首先根据具体情况给定算法所需的初始值，接着再利用新解的求娶接收准则等，对产生的新解进行不断地迭代，直到目标函数适应度达到当前命题所规定的的要求。2.1.1初始值的选取初始值的选取偏差大小，对模拟退火算法的收敛速度有着深刻的影响[8]。为了确定初始值的数值范围，首先将虚拟样机成功运行的数据作为选值空间，并将初选的上平台的位姿变化作为输入，进行运动学反解的计算，并将计算的后的结果与预计算的六个驱动杆的长度数值进行比较。如若两者比较误差的数值没有超过预先规定阈值时，则采用此时的初始值。反之，若超过阈值，则抛弃此时的?
第41卷第6期软件《软件》杂志欢迎推荐投稿：cosoft@vip.163.com252图10上平台绕Y轴旋转角度变化曲线Fig.10CurveofrotationangleofupperplatformaroundYaxis图11上平台绕Z轴旋转角度变化曲线Fig.11CurveoftherotationangleoftheupperplatformaroundtheZaxis图12任意液压缸的位移变化Fig.12Changeofdisplacementofanyhydrauliccylinder将上述六个液压缸的位移变化曲线离散成坐标，然后制成样条曲线。并将其作为驱动，可以得到符合上平台目标函数的轨迹，有效地加快了模拟平台的设计和建立的速度。4基于MATLAB的Stewart平台的运动学正解实验将上述算法写成程序，并将六个液压缸的长度变化作为输入，求出以下六组数据。图13求解的上平台位姿数据图Fig.13Posedataoftheupperplatform图14求解的上平台位姿数据误差变化图Fig.14Thevariationoftheposedataoftheupperplatform（下转第256页）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于混合模拟退火算法的阵列侧向测井实时反演研究[J]. 冯进,倪小威,杨清,管耀,刘迪仁. 石油钻探技术. 2019(05)
[2]基于模拟退火算法的船舶航向PID控制器参数优化研究[J]. 邵文超. 科学技术创新. 2019(22)
[3]七支链Stewart并联机构位置正解的半解析算法[J]. 朱俊豪,尤晶晶,叶鹏达. 机械设计与制造工程. 2019(07)
[4]基于多目标遗传算法的Stewart平台运动学正解解算[J]. 胡启国,骆艳丽,王宇谦. 机械传动. 2019(03)
[5]六自由度Stewart平台运动学遗传神经网络正解[J]. 李晶. 舰船科学技术. 2017(04)
[6]船舶运动仿真平台的设计[J]. 林智宏,曾震宇,朱钰,宫瑞. 自动化技术与应用. 2016(12)
[7]六自由度并联机构变搜索原点迭代正解方法[J]. 杨恒,薛开. 应用科技. 2016(02)
[8]基于BP神经网络的Stewart平台位姿正解算法研究[J]. 张宗之,秦俊奇,陈海龙,刘平松. 机械传动. 2015(06)
[9]基于ADAMS的六自由度液压动感平台建模及运动学仿真[J]. 林砺宗,潘大亨,傅招国,倪小鹏. 机床与液压. 2012(13)
本文编号：2897954
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