六自由度并聯(lián)平臺軌跡規(guī)劃及其伺服控制研究.pdf

1、六自由度并聯(lián)機構具有速度快、負載大、精度高等特點，該結構作為運動平臺有著廣泛的應用空間。隨著技術發(fā)展，目前對六自由度并聯(lián)平臺運動精度及動態(tài)響應性能的要求越來越高，因此需要實現(xiàn)并聯(lián)運動平臺工作空間內(nèi)的閉環(huán)控制。該控制方法需實時獲取機構末端的位置姿態(tài)值，由于傳感器等直接測量方式成本較高，因此多利用運動學正解計算獲得末端位置姿態(tài)。此外，平臺工作過程中不合理的運動軌跡會引起沖擊振動等問題，會影響平臺運動精度等性能指標，且可能會損壞平臺的機械結構

2、，減少平臺使用壽命。因此，對包括六自由度并聯(lián)機構實時運動學正解及最優(yōu)軌跡規(guī)劃在內(nèi)的伺服控制技術的研究顯得尤為重要。
　　本文以電動六自由度并聯(lián)平臺為研究對象，對其伺服控制進行研究。本文主要工作內(nèi)容如下：
　　分析平臺的運動控制性能指標，設計包括硬件部分及軟件部分在內(nèi)的伺服控制系統(tǒng)整體方案。本文采用工控機配合通用型接口板卡的方式實現(xiàn)純軟件伺服控制系統(tǒng)。設計相應處理電路完成板卡與驅(qū)動器間的信號轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)工控機對驅(qū)動器等外圍部件

3、的操作。按照模塊化設計思想，根據(jù)功能要求及執(zhí)行頻率劃分不同功能模塊，設計軟件的工作流程。根據(jù)對伺服系統(tǒng)中具體的實時控制過程的分析，確定對并聯(lián)機構運動控制過程中的運動學實時正解問題及躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃問題進行研究。
　　對六自由度并聯(lián)機構變搜索原點迭代法實時正解進行研究。在已有的牛頓-拉松迭代正解方法的基礎上，結合實際運動控制應用中末端運動連續(xù)及離散運動控制的特點，將變搜索原點的牛頓-拉松迭代法用于并聯(lián)機構的實時正解。對兩種方法的收斂

4、條件及計算誤差進行分析。本文使用C++語言實現(xiàn)兩種算法并進行仿真實驗，通過對計算時間及計算精度比較，對比兩種算法的計算效率及計算穩(wěn)定性。
　　為降低平臺運動過程中的沖擊、振動等對運動控制及機械結構的影響，實現(xiàn)平臺無沖擊啟停，并且保證在運動軌跡盡可能平滑，對并聯(lián)機構的躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃進行研究。將增加虛擬插值點的三次樣條插值方法應用于平臺工作空間和關節(jié)空間內(nèi)的軌跡規(guī)劃中，從而實現(xiàn)平臺啟停瞬間速度、加速度可控。對躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃的工作原

5、理進行分析，得出躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃目標方程及約束方程。采用改進型二次序列規(guī)劃（SQP-F）算法對軌跡規(guī)劃問題進行求解，給出躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃的工作流程。通過與已有文獻的對比驗證本文算法的有效性，并針對本文所研究并聯(lián)平臺進行仿真實驗。
　　完成平臺伺服運動控制系統(tǒng)的搭建。在Windows XP下使用C++開發(fā)完成伺服控制軟件的開發(fā)，對伺服軟件在 Windows下的定時精度進行測試。對躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃及三次樣條軌跡規(guī)劃在實際運動控制中的應