多自由度稳定平台的运动与动力分析

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文多自由度稳定平台的运动与动力分析硕士研究生：郭晓旭指导教师：周跃发教授学科、专业：力学论文主审人：李鸿教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文多自由度稳定平台的运动与动力分析硕士研究生：郭晓旭指导教师：周跃发教授学位级别：工学硕士学科、专业：力学所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年3月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegree

2、ofM.EngMotionanddynamicanalysisofaMulti-DOFstableplatformCandidate:GuoXiaoxuSupervisor:Prof.ZhouYuefaAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicsDateofSubmission:March.2018DateofOralExamination:March.2018University:HarbinEngineeringUniversity多自由度稳定平台系统的运动与动力分析摘要并联机构相对

3、串联机构，具有刚度高、精度高、无误差积累、承载能力强、动态特性好等优点，在高端设备制造，运动模拟，追踪定位等精密实验过程中具有十分重要的作用。Stewart并联平台是一种十分典型的六自由度并联机构，自被提出以来，便吸引了国内外广大学者的不断研究。本文主要研究Stewart并联机构在稳定平台领域上的应用，主要用于主动隔绝来自内部或外部的扰动，但由于机构其本身结构相对复杂，运动与动力计算过程极其复杂，而且实验过程中对干扰源的施加方式复杂多变，不利于实现等成为限制其应用的主要因素。针对其结构复杂问题，通常会采用例如各个驱动部件一致，连接铰选用球铰等标准构件；对于运动及动力学

4、计算问题，本文在继承Stewart平台动力学理论基础的研究成果的上，得到基台在运动的情况下，基于Newton-Euler矢量力学法的稳定平台动力学方程，该方法各矢量意义明确，逆运动学求解比较简单，而动力学问题，求解驱动连杆质量惯性矩带来的连接铰约束力，成为了求解过程中的主要难点。基于以上问题，本文提出了一种双层Stewart扩展构型，其上层结构为Stewart稳定平台，下层结构为Stewart运动模拟器，运动模拟器可以根据稳定平台的工作状况，模拟出各种干扰源的运动形式，并施加到与其固连的上层稳定平台中。该结构可以极为方便的在实验室环境下，开展稳定平台的性能仿真测试工作

5、。而动力学问题的求解，首先应求解出连杆的运动学，进而通过分析连杆的动力学，以得到连杆与负载平台之间连接铰的约束力，最后对负载平台建立Newton-Euler矢量方程，达到求解稳定平台系统动力学的最终目的。本文以求解出双层结构稳定平台系统的运动及动力学方程为主要研究目的，并通过MATLAB编程以及CATIA-ADAMS建模仿真，对比验证了动力学公式的正确性，也对误差原因以及精度问题做出了详细的分析。同时本文也对稳定平台系统的构型及其性能评价原则、多刚体动力学及空间坐标变换的基础知识、工作空间等问题进行了一定深度的概括，通过本文的研究，可以对稳定平台系统基础理论有个整体的

6、认识。关键词：Stewart并联机构；稳定平台系统；Newton-Euler法；动力学；数值仿真多自由度稳定平台系统的运动与动力分析ABSTRACTTheparallelmechanismhastheadvantagesofhighstiffness,highaccuracy,noerroraccumulation,strongbearingcapacityandgooddynamiccharacteristics[1],playsaveryimportantroleinhigh-endequipmentmanufacturing,motionsimulations,

7、trackingandpositioning.Stewartparallelplatformisaverytypicalsixdegreeoffreedomparallelmechanisms.Sinceithasbeenproposed,havingattractedalotofscholarswhichbothathomeandabroadtocontinuestudying.ThispaperfocusesontheapplicationofStewartparallelmechanismsinthefieldofstableplatform,