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远程六自由度并联平台测控系统设计

常诚  
【摘要】:六自由度并联平台(又称斯图尔特平台),自从出现以来凭借着其强大的负载能力、运行的稳定性、误差均分等优良的特性,在工业、航空航天以及医疗等众多领域均已得到广泛应用。不同于串联机器人,斯图尔特平台往往结构复杂、设备昂贵、体积大难以移动,这些因素都制约了六自由度并联平台在实验室研究的便捷性。根据目前六自由度并联平台的研究现状,本文针对小型斯图尔特平台实验模型和控制数据共享的研究空缺,结合了虚拟仪器技术、模拟仿真技术以及远程无线控制技术,提出了一套远程六自由度并联平台系统设计方案。系统具有反向运动学解的准确控制和轨迹空间的优化功能、正向运动学解闭环反馈功能以及电动推杆优化控制功能。该平台还具备无线控制信号传输和远程实时控制的功能。本篇论文研究并设计了以下五个方面的内容。采用TI公司的DSP28335芯片作为斯图尔特平台的主控制芯片,利用MATLAB/Simulink完成平台反向运动学的模型建立,计算运动空间区域并进行轨迹规划;利用LabVIEW和MATLAB的Simulation Interface Toolkit实现上位机输入定位目标,完成控制轨迹计算,并且利用ZigBee完成控制信号的无线串口传输;利用NI ELVIS处理位移传感器传输的电动推杆的反馈位置信息,建立了低误差率的MATLAB神经网络正解模型进行计算形成闭环控制;针对斯图尔特平台的非线性特点,本文还采用改进神经网络PID控制算法降低对于平台控制的实时误差;在LabVIEW上位机建立斯图尔特平台的3D模型,并利用DataSocket技术完成实时远程控制。系统经过调试,能够准确地完成指定位置和轨迹的控制,信号传输实时准确,弥补了远程控制和无线技术在六自由度并联平台领域的应用空缺。平台的运动符合机械结构的要求,通过改进的控制算法,系统的精度达到了设计指标以上。整个系统总体运行稳定,符合设计目标需求。


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