大射电望远镜精调平台运动学分析及铰链误差研究

摘要

作为大射电望远镜的精调平台，Stewart平台决定了整个系统的指向精度，而指向精度直接影响的是大射电望远镜的灵敏度，故Stewart平台的运动精度在整个系统中所起的作用是举足轻重的。由于铰链制造误差会直接影响到Stewart平台末端的定位精度，而且这些误差在加工制造过程中又是不可避免的，所以对这些误差进行分析及补偿就显得尤为重要。由于在误差分析之前要先明确各铰链的运动情况，故需先对Stewart平台进行运动学分析。
　　以Stewart平台其中一条支链为例，将虎克铰看作两个转动副、驱动杆看成一移动副、球铰看作三个转动副，依次在虎克铰、驱动杆以及球铰上建立D-H坐标系，求出相邻D-H坐标系间的D-H参数和位姿变换矩阵，从而得出各条支链的运动学方程，完成运动学模型的建立。
　　确定Stewart平台位置正逆解算法，使下平台沿指定的轨迹运动并将轨迹离散成若干个位姿点，利用MATLAB进行逆解仿真分析，得出驱动杆杆长以及各关节运动变量的变化情况，仿真结果均符合实际情况，从而验证了逆解算法的正确性。再进行位置正解仿真分析，将利用Newton-Raphson法计算得到的位姿参数与理论位姿参数做对比，分析得到了两者之间的误差分布情况，结果显示正解的精度很高，而且迭代初值对正解的精度影响很小，由此验证了正解算法的可行性。
　　考虑铰链的偏移误差和角度误差，利用理想情况下的位姿变换矩阵得到实际的变换矩阵，完成误差建模,确定误差分析算法；给定偏移误差和角度误差以及下平台理论位姿，即可求出下平台的实际位姿。分别在不同的情况下对下平台进行位姿误差分析，得出结论：角度误差对下平台的位姿误差影响很小，偏移误差对下平台位置误差影响较大，而对下平台姿态误差影响较小。
　　基于精调Stewart平台的机械结构，提出一种误差识别算法。误差补偿前，利用APIT3激光跟踪仪测量Stewart平台工作空间内典型位姿点的位置和姿态，分析测量的实际位姿与理论位姿之间误差的分布情况，利用最小二乘法计算出各条支链上的偏移误差。偏移误差无法直接进行补偿，故将偏移误差往驱动轴方向上投影，转化为驱动轴的控制误差，据此确定了一种误差补偿算法。利用MATLAB编写程序，进行误差补偿仿真分析，比较补偿前后的位姿误差，得出结论：误差补偿后，下平台位置精度得到大大改善，姿态精度也得到明显的提高。由此可以验证误差识别算法、误差补偿算法的正确性。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 并联机器人发展概况

1.3 并联机器人理论研究现状

1.4 选题意义和主要工作

第二章 精调Stewart平台运动学建模

2.1 引言

2.2 机器人运动学理论基础

2.3 精调Stewart平台运动学模型

2.4 本章小结

第三章 精调Stewart平台位置运动学分析

3.1 引言

3.2 精调Stewart平台位置运动学逆解

3.3 精调Stewart平台位置运动学正解

3.4 本章小结

第四章 精调Stewart平台铰链误差分析

4.1 引言

4.2 精调Stewart平台铰链误差建模

4.3 精调Stewart平台位姿误差分析

4.4 本章小结

第五章 精调Stewart平台铰链误差识别及补偿

5.1 引言

5.2 精调Stewart平台铰链误差参数识别

5.3 精调Stewart平台铰链误差补偿

5.4 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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