免Z軸旋轉(zhuǎn)洗出的6-RSPS模擬器平臺(tái)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文在分析國內(nèi)外駕駛模擬器發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，針對(duì)傳統(tǒng)Stewart平臺(tái)不能圍繞Z軸360°旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，當(dāng)車輛連續(xù)加速回轉(zhuǎn)時(shí)，由于沒有足夠的轉(zhuǎn)角，而不能提供持續(xù)的偏航角速度，降低了駕駛的逼真度。對(duì)此，本文提出了免Z軸旋轉(zhuǎn)洗出的6-RSPS(revolute-spherical-prismatic-spherical)模擬器平臺(tái)，并系統(tǒng)地研究了該平臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、精度、動(dòng)力學(xué)、工作空間、洗出算法等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，并通過仿真驗(yàn)證了相關(guān)理論的有

2、效性及可行性。具體研究內(nèi)容如下:
　　提出了免Z軸旋轉(zhuǎn)洗出的6-RSPS模擬器平臺(tái)，確定了機(jī)構(gòu)的實(shí)施方案;計(jì)算了機(jī)構(gòu)的自由度;根據(jù)桿長矢量關(guān)系，得到了平臺(tái)位置、姿態(tài)與伸縮支桿的長度和旋轉(zhuǎn)支桿的旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系，進(jìn)而推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的一組逆解，與經(jīng)典的Stewart機(jī)構(gòu)反解唯一的特點(diǎn)對(duì)比，6-RSPS結(jié)構(gòu)的反解存在多個(gè)解;并確定相關(guān)參數(shù)的約束及優(yōu)化條件，根據(jù)約束及優(yōu)化條件得到了最優(yōu)逆解;提出用BFS(Broyden-Fletcher-S

3、hanmo)算法求解并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，取得良好的效果。
　　分析了影響6-RSPS模擬器平臺(tái)位姿精度的因素，然后根據(jù)誤差獨(dú)立作用原理建立總體誤差模型，并利用微分法通過對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求導(dǎo)建立各個(gè)環(huán)節(jié)的獨(dú)立誤差模型，探討了旋轉(zhuǎn)角度誤差、桿長誤差、靜平臺(tái)鉸鏈誤差及動(dòng)平臺(tái)鉸鏈誤差等各個(gè)誤差對(duì)動(dòng)平臺(tái)的精度產(chǎn)生的影響，并通過仿真驗(yàn)證各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)動(dòng)平臺(tái)誤差產(chǎn)生的影響;基于此模型可對(duì)6-RSPS機(jī)構(gòu)的位姿精度進(jìn)行評(píng)估，為進(jìn)一步提高該機(jī)構(gòu)的位姿精度

4、提供了理論依據(jù)。
　　利用虛位移方法進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析，建立了靜力學(xué)模型，得到了機(jī)構(gòu)在靜止或低速時(shí)多個(gè)位姿下伸縮支桿的驅(qū)動(dòng)力以及旋轉(zhuǎn)支桿的驅(qū)動(dòng)力矩;然后利用凱恩方法進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的逆動(dòng)力學(xué)分析，建立了適用于6-RSPS機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，得到了機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)伸縮支桿的驅(qū)動(dòng)力以及旋轉(zhuǎn)支桿的驅(qū)動(dòng)力矩;并分別通過仿真驗(yàn)證了建模方法的正確性，為動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、控制及仿真提供了良好的理論基礎(chǔ)。
　　分析了對(duì)6-RSPS模擬器平臺(tái)工作空間產(chǎn)生影

5、響的因素，以及各因素對(duì)平臺(tái)位姿的限制;并針對(duì)本機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了先搜索YOZ面上Y軸正半軸截面上的工作空間，然后將截面旋轉(zhuǎn)360°求解三維工作空間的方法，使得搜索量大大減少，提高了搜索效率;并應(yīng)用此搜索方法求得多個(gè)位姿狀態(tài)下的工作空間。
　　在Stewart平臺(tái)經(jīng)典洗出算法的基礎(chǔ)之上，根據(jù)6-RSPS模擬器平臺(tái)的特點(diǎn)，提出了適用于本機(jī)構(gòu)的免于Z軸旋轉(zhuǎn)方向的洗出算法;并對(duì)算法中的相關(guān)參數(shù)選擇進(jìn)行了研究，然后進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表