铰链间隙对stewart机构运动精度影响研究(附件)
本课题针对六自由度运动平台(Stewart平台)驱动机构进行研究，分析各铰链间隙对机构运动所产生的影响。列出机构的运动学表达式，得出在间隙的影响下，机构是如何运动的。综合考虑机构的构型特点，建立误差分析模型，利用欧拉公式研究动平台的位置，通过误差映射关系式跟误差映射矩阵确定误差范围。在对误差进行研究时，采用将机构的间隙转化为杆长的变化量进行研究，得出间隙对机构运动精度的影响。关键词 Stewart 平台，运动学，误差
目 录
1 绪论 1
1．1 课题背景 1
1．2 概述 1
1.2.1 Stewart平台机构的提出 1
1.2.2 Stewart平台系统的特点 2
1.2.3 Stewart平台机构的应用 3
1．3 Stewart平台机构的发展现状 5
1.3.1 国外发展现状 6
1.3.2 国内发展现状 7
1．4 机构研究内容 7
2 Stewart平台机构结构分析 9
3 六自由度运动平台机构运动学研究 9
3．1 正向、逆向运动学分析方法 9
3．2 六自由度运动平台的运动学分析 10
4 Stewart平台机构铰链间隙精度研究 14
4．1 Stewart平台机构误差分析的方案 14
4．2 机构间隙对运动的影响 15
4．3 建立误差分析模型 17
4.3.1 机构的结构参数 17
4.3.2 机构动平台的位置 19
4.3.3 动平台位置误差研究方法 20
4．4 误差映射关系式 21
4．5 误差映射矩阵 22
4．6 误差范围 25
4．7 研究内容的社会意义 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
1．1 课题背景
随着Stewart平台的产生，许多学者发现Stewart平台具有许多优点，例如：刚度大、负载高等。基于Stewart *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
平台的这些优点，Stewart平台已经被广泛应用于众多领域[1]。例如工业、航空、航海、医疗等。伴随着Stewart平台在许多工作场合的普及，以及现代机械不断向精密化、高速化、轻量化和低能耗等方向的发展，为了使Stewart平台的质量更轻、精度更高、承载能力更强、运动速度更快，大量学者开始对Stewart平台进行分析，对其运动学、动力学、以及误差进行分析研究。
本课题是对六自由度运动平台(Stewart平台)驱动机构[2]进行研究，分析各铰链间隙对机构运动所产生的影响。得出在间隙的影响下，机构是如何运动的，列出机构的运动学表达式。在对误差进行研究时，采用将机构的间隙转化为杆长的变化量进行研究，得出间隙对机构运动精度影响研究。
对运动精度影响研究的目的在于把机构运动的误差程度控制在可控范围之内，便于在操作过程注意到误差对运动精度的影响，从而避免可能会导致的误差影响带来的不利的结果。
1．2 概述
1.2.1 Stewart平台机构的提出
1962年，Gough设计了一个试验装置，用来飞行模拟，称作Stewart平台。为了改善当时的响应系统，Klaus Cappel发明了第一台仿真器。1978年Hunt将并联机构运用到了机器人这一范畴上，并开始应用于机器人的手臂等结构上。并联机床是经过Stewart平台（如图11所示）研发的，是新结构的机床，是机器人与机床联合的产物，是机械技术、控制技术的产物。
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图 11 Stewart机构
它解决了原有的设备因运动或制造产生偏差的问题，实现了多种控制和多种测量的功能，使得零件的生产装配效率得到了极大的提高，并且改善了零件的加工，对于复杂的零件装配同样能满足其要求。并联机构的广泛应用离不开其特有的优点，随着机器人技术的广泛发展，很多学者关于并联机构的研究也越来越热衷。图12为由六条支链构成的并联机器人，每条支链都是单独的一个机构。
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图 12 并联机器人
1.2.2 Stewart平台系统的特点
传统意义上的串联机构机床[3]，是数学简单而机构复杂，但是Stewart平台机构则是与其完全相反，在数学运算上非常复杂，而机构方面非常简单。这种新型机床的产生大大提高了机床的运动精度，使其在加工精度方面也得到了很大的提高。其次，由于其配给速度的大大提高，使得高速加工零件得以实现，这一优点大大的提高了机床的运作效率。由于这种机床生产成本低，并且具有较好的精度以及较大的刚度，它已被广泛应用于许多领域。
随着切削技术的不断进步，串联式平台由于其结构的刚性问题，在加工及其使用效率上满足不了当下的需求，这时Stewart平台机构由于其良好的构造特点，成为关注使用的对象。其有以下特点。
结构简单、价格低
设备的零件较串联机构数量上更加少，而且多是常用零件，例如球绞、伺服电机等。这些常用零件可以由相应的厂家批量生产，加工成本低效率更高。
结构刚度高
这些设备由于其采用封闭结构[4]，具有较大的刚性并且由于其是受压的二力机构，因而更具有高强度的刚性。
加工速度高、惯性低
这种机构由于其结构上力的方向的改变，这种构件被称为两力构件，能节省其材料，而其驱动时由于重量降低，因此会使机器的惯性降低。
4）加工精度高
由于其机构有多个轴，六个杆都对其位置有影响，热变形小，具有精度高的长处。
5）多功能灵活性强
这种机床由于其结构简单，操控方面也更加便捷，因此可以将其作为通用的机床，来实现各种加工的需要。这些功能为其以后的发展带来了很好的市场和应用前景。
目 录
1 绪论 1
1．1 课题背景 1
1．2 概述 1
1.2.1 Stewart平台机构的提出 1
1.2.2 Stewart平台系统的特点 2
1.2.3 Stewart平台机构的应用 3
1．3 Stewart平台机构的发展现状 5
1.3.1 国外发展现状 6
1.3.2 国内发展现状 7
1．4 机构研究内容 7
2 Stewart平台机构结构分析 9
3 六自由度运动平台机构运动学研究 9
3．1 正向、逆向运动学分析方法 9
3．2 六自由度运动平台的运动学分析 10
4 Stewart平台机构铰链间隙精度研究 14
4．1 Stewart平台机构误差分析的方案 14
4．2 机构间隙对运动的影响 15
4．3 建立误差分析模型 17
4.3.1 机构的结构参数 17
4.3.2 机构动平台的位置 19
4.3.3 动平台位置误差研究方法 20
4．4 误差映射关系式 21
4．5 误差映射矩阵 22
4．6 误差范围 25
4．7 研究内容的社会意义 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
1．1 课题背景
随着Stewart平台的产生，许多学者发现Stewart平台具有许多优点，例如：刚度大、负载高等。基于Stewart *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
平台的这些优点，Stewart平台已经被广泛应用于众多领域[1]。例如工业、航空、航海、医疗等。伴随着Stewart平台在许多工作场合的普及，以及现代机械不断向精密化、高速化、轻量化和低能耗等方向的发展，为了使Stewart平台的质量更轻、精度更高、承载能力更强、运动速度更快，大量学者开始对Stewart平台进行分析，对其运动学、动力学、以及误差进行分析研究。
本课题是对六自由度运动平台(Stewart平台)驱动机构[2]进行研究，分析各铰链间隙对机构运动所产生的影响。得出在间隙的影响下，机构是如何运动的，列出机构的运动学表达式。在对误差进行研究时，采用将机构的间隙转化为杆长的变化量进行研究，得出间隙对机构运动精度影响研究。
对运动精度影响研究的目的在于把机构运动的误差程度控制在可控范围之内，便于在操作过程注意到误差对运动精度的影响，从而避免可能会导致的误差影响带来的不利的结果。
1．2 概述
1.2.1 Stewart平台机构的提出
1962年，Gough设计了一个试验装置，用来飞行模拟，称作Stewart平台。为了改善当时的响应系统，Klaus Cappel发明了第一台仿真器。1978年Hunt将并联机构运用到了机器人这一范畴上，并开始应用于机器人的手臂等结构上。并联机床是经过Stewart平台（如图11所示）研发的，是新结构的机床，是机器人与机床联合的产物，是机械技术、控制技术的产物。
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图 11 Stewart机构
它解决了原有的设备因运动或制造产生偏差的问题，实现了多种控制和多种测量的功能，使得零件的生产装配效率得到了极大的提高，并且改善了零件的加工，对于复杂的零件装配同样能满足其要求。并联机构的广泛应用离不开其特有的优点，随着机器人技术的广泛发展，很多学者关于并联机构的研究也越来越热衷。图12为由六条支链构成的并联机器人，每条支链都是单独的一个机构。
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图 12 并联机器人
1.2.2 Stewart平台系统的特点
传统意义上的串联机构机床[3]，是数学简单而机构复杂，但是Stewart平台机构则是与其完全相反，在数学运算上非常复杂，而机构方面非常简单。这种新型机床的产生大大提高了机床的运动精度，使其在加工精度方面也得到了很大的提高。其次，由于其配给速度的大大提高，使得高速加工零件得以实现，这一优点大大的提高了机床的运作效率。由于这种机床生产成本低，并且具有较好的精度以及较大的刚度，它已被广泛应用于许多领域。
随着切削技术的不断进步，串联式平台由于其结构的刚性问题，在加工及其使用效率上满足不了当下的需求，这时Stewart平台机构由于其良好的构造特点，成为关注使用的对象。其有以下特点。
结构简单、价格低
设备的零件较串联机构数量上更加少，而且多是常用零件，例如球绞、伺服电机等。这些常用零件可以由相应的厂家批量生产，加工成本低效率更高。
结构刚度高
这些设备由于其采用封闭结构[4]，具有较大的刚性并且由于其是受压的二力机构，因而更具有高强度的刚性。
加工速度高、惯性低
这种机构由于其结构上力的方向的改变，这种构件被称为两力构件，能节省其材料，而其驱动时由于重量降低，因此会使机器的惯性降低。
4）加工精度高
由于其机构有多个轴，六个杆都对其位置有影响，热变形小，具有精度高的长处。
5）多功能灵活性强
这种机床由于其结构简单，操控方面也更加便捷，因此可以将其作为通用的机床，来实现各种加工的需要。这些功能为其以后的发展带来了很好的市场和应用前景。
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