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原文传递免Z轴旋转洗出的6-RSPS模拟器平台若干关键技术研究

论文题名：	免Z轴旋转洗出的6-RSPS模拟器平台若干关键技术研究
关键词：	驾驶模拟器;6-RSPS模拟器平台;误差模型;静力学模型;Z轴旋转方向
摘要：	本文在分析国内外驾驶模拟器发展现状的基础之上，针对传统Stewart平台不能围绕Z轴360°旋转的特点，当车辆连续加速回转时，由于没有足够的转角，而不能提供持续的偏航角速度，降低了驾驶的逼真度。对此，本文提出了免Z轴旋转洗出的6-RSPS(revolute-spherical-prismatic-spherical)模拟器平台，并系统地研究了该平台机构的运动学、精度、动力学、工作空间、洗出算法等相关关键技术，并通过仿真验证了相关理论的有效性及可行性。具体研究内容如下: 　　提出了免Z轴旋转洗出的6-RSPS模拟器平台，确定了机构的实施方案;计算了机构的自由度;根据杆长矢量关系，得到了平台位置、姿态与伸缩支杆的长度和旋转支杆的旋转角度之间的关系，进而推导出机构的一组逆解，与经典的Stewart机构反解唯一的特点对比，6-RSPS结构的反解存在多个解;并确定相关参数的约束及优化条件，根据约束及优化条件得到了最优逆解;提出用BFS(Broyden-Fletcher-Shanmo)算法求解并联机构的运动学正解，取得良好的效果。　　分析了影响6-RSPS模拟器平台位姿精度的因素，然后根据误差独立作用原理建立总体误差模型，并利用微分法通过对运动学方程求导建立各个环节的独立误差模型，探讨了旋转角度误差、杆长误差、静平台铰链误差及动平台铰链误差等各个误差对动平台的精度产生的影响，并通过仿真验证各个环节对动平台误差产生的影响;基于此模型可对6-RSPS机构的位姿精度进行评估，为进一步提高该机构的位姿精度提供了理论依据。　　利用虚位移方法进行了机构的静力学分析，建立了静力学模型，得到了机构在静止或低速时多个位姿下伸缩支杆的驱动力以及旋转支杆的驱动力矩;然后利用凯恩方法进行了机构的逆动力学分析，建立了适用于6-RSPS机构的动力学模型，得到了机构在运动时伸缩支杆的驱动力以及旋转支杆的驱动力矩;并分别通过仿真验证了建模方法的正确性，为动力学优化、控制及仿真提供了良好的理论基础。　　分析了对6-RSPS模拟器平台工作空间产生影响的因素，以及各因素对平台位姿的限制;并针对本机构的特点，提出了先搜索YOZ面上Y轴正半轴截面上的工作空间，然后将截面旋转360°求解三维工作空间的方法，使得搜索量大大减少，提高了搜索效率;并应用此搜索方法求得多个位姿状态下的工作空间。　　在Stewart平台经典洗出算法的基础之上，根据6-RSPS模拟器平台的特点，提出了适用于本机构的免于Z轴旋转方向的洗出算法;并对算法中的相关参数选择进行了研究，然后进行了仿真实验，仿真结果表明:免于Z轴旋转方向的洗出算法对于6-RSPS模拟器平台是切实可行并合适的，可以避免Z轴旋转方向上的洗出算法，从而能够更精确地模拟车辆转弯时的感觉，可有效提高驾驶的逼真度。
作者：	黎建军
专业：	机械制造及其自动化
导师：	周晓军;魏燕定
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文