基于Stewart平台的主动双向稳定系统研究

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并联机构由于其独特的结构特性:运动精度高,负载大和较好的加速性能,被广泛的应用在车载,舰载,机载等方面。很长时间以来,以Stewart结构为基础的并联平台是并联机器人领域的一个研究热点。本文基于Stewart并联平台,以车载为应用背景,设计了一款用于主动双向稳定的并联平台,并且对其进行了运动学和动力学分析。在仿真软件中完成了主动双向稳定的控制,在实际样机中完成了姿态解算和复位功能。首先,依据Stewart结构形式设计了六自由度并联机构。对球铰链做了等效替换设计,对电机转动到支链直线运动的传动结构做了详细设计。而且完成了加工装配,并且通过在Adams中的运动学仿真,验证了设计的并联平台是合理的。其次,对设计的并联机构的运动学和动力学做了详细分析。采用在虎克铰链处添加角度传感器的方法,对并联机构的正向运动学分析,求得了正向运动学的唯一解。利用牛顿-欧拉法建立了并联机构的动力学模型,结合Adams虚拟样机技术,做了逆向动力学仿真来验证建立的动力学方程的正确性。然后利用欧拉积分法求取动力学方程的数值解,该方法易于理解,而且编程简单,最后通过数值算例验证了欧拉积分法求解的正确性。再次,将逆向动力学与PD控制器结合,设计了逆向动力学控制模型,这种模型可以明显削弱各个支链的非线性和耦合特性,从而提高了线性控制器的性能。依据这种模型,结合Adams和Simulink联合仿真技术做了轨迹跟踪的运动控制。最后,设计了实现主动双向稳定控制方案。通过陀螺仪采集上平台和下平台的姿态,利用逆向运动学解算支链长度,从而控制杆长变化。在Adams和Simulink的联合仿真环境中完成了主动双向稳定的控制。最后根据控制方案搭建了实验系统,采用融合四元数法完成了姿态计算,通过采集行程开关的状态,完成了并联机构的复位功能。
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