六自由度并联平台结构参数优化与控制技术

本书以六自由度并联电动平台为研究对象，内容包括并联电动平台的运动学分析、动力学分析、驱动系统设计、结构优化设计、动力学建模及控制策略设计和仿真实验及实物验证等。本书在阐述基本理论和所提方法的同时，基于实际并联电动平台设计了大量的实验对理论和方法进行验证，并对实验步骤和实验结果进行了详细的分析。因此，本书既适用于并联机构的理论研究，又适合指导并联机构的工程应用。该书可供高等院校机械、自动化、机器人、智能制造等相关专业的师生阅读，也可作为相关领域工程技术人员与科研工作者的参考用书。

武光华，吉林工程技术师范学院机械与车辆工程学院副院长，主管科研管理、学科建设及研究生培养工作。

目 录 前 言 第1章 概述1 1.1 并联平台的起源1 1.2 并联平台的特点2 1.3 并联平台的应用3 1.4 并联平台国内外研究现状5 1.5 并联平台的动态仿真9 第2章 六自由度并联平台运动学11 2.1 引言11 2.2 六自由度并联平台运动学理论11 2.2.1 广义坐标与变换矩阵12 2.2.2 控制点变换14 2.3 六自由度并联平台运动学反解16 2.3.1 动平台速度与加速度18 2.3.2 运动学反解19 2.3.3 电动缸速度、加速度与伸缩速度、加速度21 2.3.4 电动缸角速度和角加速度25 2.3.5 滚珠丝杠角速度和角加速度27 2.4 六自由度并联平台运动学正解28 2.4.1 同伦连续法思路28 2.4.2 同伦路径搜索29 2.4.3 同伦连续算法流程31 2.4.4 正解方程组的求解32 2.5 六自由度并联平台运动学仿真求解方法33 2.5.1 功能虚拟样机建模33 2.5.2 运动学仿真方法35 2.5.3 运动学仿真分析方法结论37 第3章 六自由度并联平台动力学与驱动系统38 3.1 引言38 3.2 六自由度并联平台动力学理论39 3.3 六自由度并联平台逆动力学39 3.3.1 并联平台动力学完整模型40 3.3.2 并联平台动力学简化模型49 3.3.3 动力学模型仿真对比52 3.4 六自由度并联平台驱动系统与模型建立53 3.4.1 驱动方式53 3.4.2 伺服驱动系统54 3.4.3 伺服驱动器的配置55 3.4.4 执行机构设计56 3.4.5 PMSM数学模型的建立56 第4章 六自由度并联平台多目标优化设计61 4.1 引言61 4.2 六自由度并联平台性能指标62 4.2.1 雅可比矩阵62 4.2.2 灵巧度66 4.2.3 工作空间67 4.2.4 电动缸伺服带宽72 4.2.5 刚度与固有频率73 4.2.6 奇异性78 4.3 六自由度并联平台优化模型建立81 4.3.1设计变量82 4.3.2 约束条件82 4.3.3 目标函数83 4.4 改进实值自适应遗传算法86 4.4.1 实值编码与搜索空间的确定86 4.4.2 遗传算子的确定87 4.4.3 约束条件的处理88 4.4.4 适应度函数的确定89 4.4.5 改进自适应遗传算法89 4.4.6 多目标优化问题求解90 4.5 六自由度并联平台优化结果与验证91 4.5.1 工作空间验证91 4.5.2 干涉性与奇异性验证93 第5章 六自由度并联平台控制技术96 5.1 引言96 5.2 六自由度并联平台基本控制策略96 5.2.1 铰点空间控制97 5.2.2 铰点空间改进控制98 5.2.3 计算力矩控制99 5.3 六自由度并联平台迭代学习滑模变结构控制策略研究100 5.3.1 迭代学习控制101 5.3.2 滑模变结构控制105 5.3.3 基于迭代学习的滑模变结构控制策略109 5.3.4 迭代学习滑模控制仿真对比分析111 第6章 六自由度并联平台联合仿真及实验113 6.1 引言113 6.2 六自由度并联平台样机的建立114 6.2.1 虚拟样机的建立114 6.2.2 实物样机的研制115 6.3 六自由度并联平台固有频率测试实验125 6.4 六自由度并联平台联合仿真及实验研究128 6.4.1 协同式联合仿真原理分析128 6.4.2 并联平台控制策略验证130 附录 模拟器技术性能指标137