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六自由度摇摆台动力学仿真及优化

何立波  
【摘要】: 六自由度摇摆台本质上是并联机构,基于Stewart平台原理,具有承载能力大、刚度高、精度高、系统动态响应快和累积误差小等特点,已在诸如机器人、飞行模拟器、新型机床、大射电望远镜、航空宇航器对接等领域获得了广泛应用,是近年来国内外研究的热点之一。为了实现六自由度摇摆台结构的优化设计、实时仿真和控制,对六自由度摇摆台运动学和动力学特性作全面的了解是很有必要的。本文主要对摇摆台进行运动学、动力学仿真分析,并运用动力学仿真对摇摆台结构进行优化。 首先,建立了摇摆台的三维简化装配实体模型,获得各关键零部件的质量、惯量和质心点位置等参数,并在多体动力学软件ADAMS中进行了运动学仿真,验证了摇摆台设计方案的正确性。 其次,应用矩阵分析和齐次坐标变换建立了摇摆台的运动学数学模型,从反运动学的角度分析了摇摆台的位置、速度和加速度的反解方程;分析了摇摆台的动力学问题,通过对摇摆台的驱动杆进行附加力和附加力矩计算,并利用达朗贝尔原理和虚功原理,建立了摇摆台的动力学方程。 最后,利用ADAMS软件对所建立的实体模型进行了动力学仿真,通过多次修改模型,分析了上铰点分布圆和分布角大小变化对摇摆台动力学性能的影响,通过分析对其进行了优化,并对优化后的模型进行了仿真,为摇摆台的控制、伺服电机的选型提供动力学参数。


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