Stewart平台运动学仿真分析.pdf

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1、snejiuFe：三坌鍪Stewart平台运动学仿真分析杜聿静(潞安职业技术学院，山西长治046204)摘要：基于Matlab建立6一UPuStewart平台运动学反解计算程序。赋予Mattab程序一系列的转角以及位移量，解出各液压杆件的伸长量之后，把各液压杆件的伸长量输入到Pro／E中，利用Pro／E应用程序中的Mechanism机构运动学仿真模块对虚拟样机平台进行验证，并对结果进行分析；依照平台的设计要求对三维虚拟样机的参数进行修正，为后续该平台实际生产提供可靠的依据。关键词：Stewart平台；运动学反解；三维建模；仿真实验0

2、引言分考察该平台在各验证项目中的表现，从而修正三维虚拟样机的各项结构参数。Stewart平台的主要设计参数如表1所示。Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用表1Stewart平台的主要设计参数于数据可视化、算法开发、数值计算以及数据分析的高级技术设计参数值计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink2大部上铰圆半径r／mO．75分。Matlab的基本数据单位是矩阵，它吸收了Maple等软件的优点，成为了一个强大的数学软件_1]。下铰圆半径R／mlStewart平台的经典机构包括上、下2个平台(

3、通常又称为上铰点中心角a／。1O0负载平台和基台)和6个可伸缩的支腿，上平台和支腿之间使下铰点中心角／。25用6个虎克铰连接，下平台和支腿也使用6个虎克铰连接，因连杆最小长度z～／m1此是一种典型的6-UPU机构。本文在Pro／E中建立了6-UPU注：表1为Stewart平台设计之初，根据目标用户的实际需求拟定的样机主Stewart通用平台剖。要设计参数。2．1仿真实验的设计1建立Matlab仿真程序及构建Pro／E运动学模型实验的验证分3个方面；1．1建立IVlatlab运动学仿真程序(1)验证Stewart平台机构中动平台在中位

4、时，沿X、y、Z在Matlab中建立6-UPUStewart平台运动学反解的仿真3个坐标轴方向上的平动效果；程序。具体步骤如下：(2)验证Stewart平台机构中动平台在中位时，绕X、y、Z(1)新建1个Matlab的m文件；3个坐标轴转动的范围；(2)根据机构运动学原理建立Stewart平台运动学反解的(3)验证Stewart平台机构中动平台在6个自由度方向上数学模型；运动的效果。(3)调试计算程序。仿真实验的具体项目如表2所示。1-2基于Pro／E的运动学仿真分析表2Stewart平台仿真实验项目基于Pro／E的运动学仿真分析就

5、是在Pro／E环境下，将虚项目动作拟样机技术与三维设计软件Pro／E相结合，这样就可以进行沿X轴平动一0．2～+0．2m6-UPUStewart平台虚拟样机的三维实体建模、三维虚拟装配、沿x、y、z3个坐标沿y轴平动轴方向上的平动一O．2～+0．2m三维动态模拟、机构干涉检查、运动学仿真和动力学分析]。沿z轴平动一O．2～+0．2m本课题采用Pro／E中的Mechanism模块进行运动学仿真分析，绕x轴侧倾一25。～+25。可以检查运动件是否产生干涉及干涉体积、运动件的轨迹等，绕x、y、z3个坐标轴转动绕y轴俯仰-25。～+25。其

6、分析结果对于6-UPUStewart平台的开发和虚拟样机的验绕z轴侧偏-20。～+20。证、设计效率的提高有着重要的意义。沿x轴平动一O．05m，同时绕x轴+5。Pro／E运动学分析主要的要素是连接、动力和运动，必须采用连接方式建立装配才可以运动。Pro／E一般装配要求零6个自由度方向上运动沿y轴平动+0．05m，同时绕y轴+1o。件是0自由度，而连接装配则根据需求赋予零件相对应的多个沿z轴平动+O．1ITI，同时绕Z轴+5。自由度，使之成为可以运动的结构。注：表2是根据目标用户的实际需求，为验证Stewart平台运动范围的有效Pr

7、o／Mechanism运动学分析的具体操作流程如图1所示。性设计的实验方案。2-2仿真实验的结果分析创建模型H检查模型HH瓣H分析模型H菥将实验的验证动作输入到本文建立的Matlab仿真程序中求出各液压杆件的伸长量，图1Pro／Ivlechanism操作流程Matlab仿真程序的计算结果如表3所示。将各2仿真实验入Pro／E仿翟根据Stewart平台机构的设计参数，设计仿真验证方案，充调整三维样机中的各项结构参数。Mechanism模块中的仿真机电信息2014年第9期总第399期111ShejIyuFenx图形如图2、图3所示。配位

8、置有关。要依据表3中Matlab计算结果来调整2号、5号表3MaUab计算结果液压缸的装配位置及对应的虎克绞总成的安装位置。最后修正了沿x轴平动和绕y轴俯仰这2个动作的仿真值。各液压杆件的伸长量／m实验动作表4Stewart平台仿真实