基于VRML的Stewart平台结构干涉校核研究

论文摘要

上世纪60年代,Stewart将六自由度运动平台应用于飞行模拟器,自此以后六自由度运动平台广泛的应用于运动模拟、并联机床等工业的各个方面,引起了广泛的关注,针对六自由度运动平台的研究也随之不断的深入。平台的结构和性能主要有5个结构参数决定,在进行平台的总体设计时,我们需要对设计出的5个结构参数进行干涉校核等检验,筛选出最优的结果。同时六自由度运动平台是一套复杂的系统设备,我们需要对其进行运动模拟和控制,需要有一个可视化的环境。本文针对以上问题进行了研究。本文介绍了关于图形转换和向量计算的基础几何知识,然后分别对六自由度运动平台及其上下铰进行了运动学分析,建立了相应的数学模型,并对有关参数进行了求解计算。为下一步建模打下基础。本文建立了平台在VRML中的静态建模,恢复了模型在SolidWorks中的静态装配关系。即先为平台各零件定义了自己的局部参考坐标系,指明了其坐标系建立的依据,然后为每个零件建立平台根坐标系到局部坐标系的变换层级,根据变换层级完成平台的静态装配。在坐标系定义和变换层级建立的基础上,接下来本文利用VRML的Script节点实现了平台模型的动态装配和参数化建模,即在VRML开始运行时利用初始化函数建立平台的参数化模型,在整个运行的过程中用事件响应函数实时的建立平台的动态模型,这样如果给出平台的运动规律就可以对其进行运动仿真。最后本文利用collidee对象给出了平台的一种干涉校核的方法,并在事件响应函数中加入了活塞杆的行程限制,实现了课题的预定目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 六自由度运动平台简介及特点
• 1.2.1 六自由度并联机器人概述
• 1.2.2 六自由度运动平台结构介绍
• 1.2.3 六自由度运动平台的结构参数
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 并联机器人的起源
• 1.3.2 并联机器人的应用
• 1.3.3 我国并联机器人的主要研究机构
• 1.3.4 六自由度运动平台理论研究现状
• 1.4 课题研究意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 Stewart平台运动学分析
• 2.1 齐次坐标转换矩阵
• 2.1.1 空间构件描述
• 2.1.2 坐标变换
• 2.1.3 齐次坐标
• 2.1.4 位姿矩阵
• 2.1.5 齐次坐标转换矩阵
• 2.2 向量的叉积与点积
• 2.2.1 向量的点积
• 2.2.2 向量的叉积
• 2.3 位置反解分析
• 2.3.1 坐标系统的建立
• 2.3.2 广义坐标
• 2.3.3 坐标变换矩阵
• 2.3.4 液压缸上下铰点坐标的确定
• 0）运动规律与控制点（K₀）运动规律'>2.3.5 系统质心（G₀）运动规律与控制点（K₀）运动规律
• 2.3.6 平台位置反解
• 2.4 活塞杆与液压缸的转动参数求解
• 2.4.1 求解的目的
• 2.4.2 下铰结构的运动学描述
• 2.5 位置正解
• 2.5.1 方程推导
• 2.5.2 数值计算方法
• 2.6 各参数编程计算
• 2.6.1 反解算法
• 2.6.2 求解上下铰的转动参数
• 2.6.3 正解算法
• 2.7 本章小结
• 第3章 VRML简介
• 3.1 VRML基本工作原理
• 3.2 VRML常用编辑器及浏览器介绍
• 3.2.1 VRML编辑器
• 3.2.2 VRML浏览器
• 3.3 VRML概念介绍
• 3.3.1 VRML空间计量单位
• 3.3.2 VRML文件结构
• 3.3.3 VRML的节点和域
• 3.3.4 VRML的对象和事件
• 3.4 Transform节点
• 3.5 Inline节点
• 3.6 Proto节点
• 3.7 Script节点
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于VRML的六自由度运动平台静态模型的建立
• 4.1 六自由度运动平台建模方式分析
• 4.2 SolidWorks中平台的建模
• 4.2.1 建立各零件模型
• 4.2.2 参考坐标系的作用及定义方法
• 4.2.3 各零件坐标系的定义
• 4.2.4 零件模型的输出
• 4.3 Proto节点内变换层级的编写
• 4.3.1 Proto节点变换层系在模型中的作用
• 4.3.2 变换层级与局部坐标系的关系
• 4.3.3 各零部件变换层级的建立
• 4.4 平台模型在VRML中的静态装配复原
• 4.4.1 动静两个坐标系的实现
• 4.4.2 各原型在场景中的实例化
• 4.5 本章小结
• 第5章 平台参数化仿真系统的建立及干涉校核
• 5.1 运动模型的建立
• 5.1.1 平台运动情况
• 5.1.2 接口参数的实时计算与赋值
• 5.2 平台结构的参数化建模
• 5.2.1 位置变化
• 5.2.2 尺寸变化
• 5.3 干涉校核
• 5.3.1 干涉检测方法
• 5.3.2 具体的实现过程
• 5.3.3 平台校核方式选择
• 5.3.4 活塞杆的限位
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历