高精度天线副面调整并联机器人运动学双重标定研究

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为了保证大口径天线的性能达到设计要求和天线副面能够及时进行局部调整并使其拟合的拋物面焦距在空间平滑曲线上运动,解决方案之一就是通过安装六轴并联机器人调整机构(Stewart平台)来实现天线副面在空间的运动,其关键技术之一就是天线副面的高精度定位、定姿技术。本文针对精调Stewart平台的结构参数误差和球铰间隙误差辨识进行了研究,旨在经过运动学双重标定后使天线副面精调Stewart平台实现高精度定位、定姿,并为多自由度并联机器人的精确建模以及高精度控制提供理论参考,本文所取得的主要研究成果为:归纳了与Stewart平台位姿相关的基本知识,包括整体平台的自由度计算、运动平台位姿的运动学正逆解等;推导分析了球铰间隙误差对于Stewart平台运动平台运行精度的影响,并建立了球铰间隙简化模型;基于运动平台位置正、逆解算法,针对结构参数误差和球铰间隙误差对平台位姿运行精度的影响进行了仿真分析,分析主要模拟运动平台沿设定的三个坐标轴直线运动和在初始位置绕三个坐标轴进行旋转运动,分析结果表明较小的结构参数误差和球铰间隙误差可以对运动平台运行精度造成较大的影响。根据运动学位置逆解算法,构建了Stewart平台矢量链法双重标定模型;依据设定的结构参数的理论值和运动平台运行位姿误差,基于标定模型对平台结构参数误差和球铰间隙误差进行了辨识;为了检验球铰间隙误差对于运动平台运行精度的影响,区分考虑球铰间隙和未考虑球铰间隙两种情况,对运动学标定后运动平台运行位姿误差进行了仿真分析,分析同样模拟运动平台沿设定的三个坐标轴直线运动和在初始位置绕三个坐标轴进行旋转运动,结果表明,考虑球铰间隙比未考虑球铰间隙时,运动平台的运行精度将会提升一个数量级,由此证明了Stewart平台矢量链法双重标定模型可以有效辨识出Stewart平台的结构参数误差和球铰间隙误差从而使运动精度有数量级的提高。最后对课题样机进行了误差标定实验。通过激光跟踪仪获取驱动支腿伸缩量与运动平台位姿的对应数据对,利用Stewart平台矢量链法双重标定模型对结构参数误差和球铰间隙误差进行了辨识,而后对平台的结构参数进行了修正并在平台运行过程中对球铰间隙误差进行了补偿,根据对运动平台标定前相同位姿的重新测量获得的运动平台实际位姿,通过与运动平台期望位姿的对比,验证了Stewart平台矢量链法双重标定模型的可行性和有效性。
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