免Z軸旋轉洗出的6-RSPS模擬器平臺若干關鍵技術研究.pdf

1、本文在分析國內(nèi)外駕駛模擬器發(fā)展現(xiàn)狀的基礎之上，針對傳統(tǒng)Stewart平臺不能圍繞Z軸360°旋轉的特點，當車輛連續(xù)加速回轉時，由于沒有足夠的轉角，而不能提供持續(xù)的偏航角速度，降低了駕駛的逼真度。對此，本文提出了免Z軸旋轉洗出的6-RSPS(revolute-spherical-prismatic-spherical)模擬器平臺，并系統(tǒng)地研究了該平臺機構的運動學、精度、動力學、工作空間、洗出算法等相關關鍵技術，并通過仿真驗證了相關理論的有

2、效性及可行性。具體研究內(nèi)容如下:
　　提出了免Z軸旋轉洗出的6-RSPS模擬器平臺，確定了機構的實施方案;計算了機構的自由度;根據(jù)桿長矢量關系，得到了平臺位置、姿態(tài)與伸縮支桿的長度和旋轉支桿的旋轉角度之間的關系，進而推導出機構的一組逆解，與經(jīng)典的Stewart機構反解唯一的特點對比，6-RSPS結構的反解存在多個解;并確定相關參數(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)機構的運動學正解，取得良好的效果。
　　分析了影響6-RSPS模擬器平臺位姿精度的因素，然后根據(jù)誤差獨立作用原理建立總體誤差模型，并利用微分法通過對運動學方程求導建立各個環(huán)節(jié)的獨立誤差模型，探討了旋轉角度誤差、桿長誤差、靜平臺鉸鏈誤差及動平臺鉸鏈誤差等各個誤差對動平臺的精度產(chǎn)生的影響，并通過仿真驗證各個環(huán)節(jié)對動平臺誤差產(chǎn)生的影響;基于此模型可對6-RSPS機構的位姿精度進行評估，為進一步提高該機構的位姿精度

4、提供了理論依據(jù)。
　　利用虛位移方法進行了機構的靜力學分析，建立了靜力學模型，得到了機構在靜止或低速時多個位姿下伸縮支桿的驅動力以及旋轉支桿的驅動力矩;然后利用凱恩方法進行了機構的逆動力學分析，建立了適用于6-RSPS機構的動力學模型，得到了機構在運動時伸縮支桿的驅動力以及旋轉支桿的驅動力矩;并分別通過仿真驗證了建模方法的正確性，為動力學優(yōu)化、控制及仿真提供了良好的理論基礎。
　　分析了對6-RSPS模擬器平臺工作空間產(chǎn)生影

5、響的因素，以及各因素對平臺位姿的限制;并針對本機構的特點，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;并應用此搜索方法求得多個位姿狀態(tài)下的工作空間。
　　在Stewart平臺經(jīng)典洗出算法的基礎之上，根據(jù)6-RSPS模擬器平臺的特點，提出了適用于本機構的免于Z軸旋轉方向的洗出算法;并對算法中的相關參數(shù)選擇進行了研究，然后進行了仿真實驗，仿真結果表