六自由度并聯(lián)平臺(tái)軌跡規(guī)劃及其伺服控制研究.pdf

1、六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有速度快、負(fù)載大、精度高等特點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)有著廣泛的應(yīng)用空間。隨著技術(shù)發(fā)展，目前對(duì)六自由度并聯(lián)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的要求越來(lái)越高，因此需要實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)工作空間內(nèi)的閉環(huán)控制。該控制方法需實(shí)時(shí)獲取機(jī)構(gòu)末端的位置姿態(tài)值，由于傳感器等直接測(cè)量方式成本較高，因此多利用運(yùn)動(dòng)學(xué)正解計(jì)算獲得末端位置姿態(tài)。此外，平臺(tái)工作過(guò)程中不合理的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)引起沖擊振動(dòng)等問(wèn)題，會(huì)影響平臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度等性能指標(biāo)，且可能會(huì)損壞平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

2、，減少平臺(tái)使用壽命。因此，對(duì)包括六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解及最優(yōu)軌跡規(guī)劃在內(nèi)的伺服控制技術(shù)的研究顯得尤為重要。
　　本文以電動(dòng)六自由度并聯(lián)平臺(tái)為研究對(duì)象，對(duì)其伺服控制進(jìn)行研究。本文主要工作內(nèi)容如下：
　　分析平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)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(jī)配合通用型接口板卡的方式實(shí)現(xiàn)純軟件伺服控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)相應(yīng)處理電路完成板卡與驅(qū)動(dòng)器間的信號(hào)轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)器等外圍部件

3、的操作。按照模塊化設(shè)計(jì)思想，根據(jù)功能要求及執(zhí)行頻率劃分不同功能模塊，設(shè)計(jì)軟件的工作流程。根據(jù)對(duì)伺服系統(tǒng)中具體的實(shí)時(shí)控制過(guò)程的分析，確定對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)時(shí)正解問(wèn)題及躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行研究。
　　對(duì)六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)變搜索原點(diǎn)迭代法實(shí)時(shí)正解進(jìn)行研究。在已有的牛頓-拉松迭代正解方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中末端運(yùn)動(dòng)連續(xù)及離散運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)，將變搜索原點(diǎn)的牛頓-拉松迭代法用于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)正解。對(duì)兩種方法的收斂

4、條件及計(jì)算誤差進(jìn)行分析。本文使用C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)兩種算法并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)計(jì)算時(shí)間及計(jì)算精度比較，對(duì)比兩種算法的計(jì)算效率及計(jì)算穩(wěn)定性。
　　為降低平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的沖擊、振動(dòng)等對(duì)運(yùn)動(dòng)控制及機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)無(wú)沖擊啟停，并且保證在運(yùn)動(dòng)軌跡盡可能平滑，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃進(jìn)行研究。將增加虛擬插值點(diǎn)的三次樣條插值方法應(yīng)用于平臺(tái)工作空間和關(guān)節(jié)空間內(nèi)的軌跡規(guī)劃中，從而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)啟停瞬間速度、加速度可控。對(duì)躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃的工作原

5、理進(jìn)行分析，得出躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃目標(biāo)方程及約束方程。采用改進(jìn)型二次序列規(guī)劃（SQP-F）算法對(duì)軌跡規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行求解，給出躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃的工作流程。通過(guò)與已有文獻(xiàn)的對(duì)比驗(yàn)證本文算法的有效性，并針對(duì)本文所研究并聯(lián)平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。
　　完成平臺(tái)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的搭建。在Windows XP下使用C++開(kāi)發(fā)完成伺服控制軟件的開(kāi)發(fā)，對(duì)伺服軟件在 Windows下的定時(shí)精度進(jìn)行測(cè)試。對(duì)躍度最優(yōu)軌跡規(guī)劃及三次樣條軌跡規(guī)劃在實(shí)際運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)