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基于虚拟样机的并联坐标测量机运动建模与仿真

作　者: 王娟
导　师: 董德发；刘得军
学　校: 大庆石油学院
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 并联坐标测量机虚拟样机运动学正解运动学反解测量空间结构参数优化神经网络遗传算法
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 444次
引　用: 1次
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内容摘要

本论文主要研究的是并联坐标测量机。因虚拟样机技术无需建造实物样机,从而使得它在虚拟轴机床的设计上具有很好的应用前景。本论文针对Stewart型六自由度并联坐标测量机的机构进行分析。在阐述研究背景和意义,综述国内外相关领域研究概况及存在的一些问题后,主要完成了以下工作:针对并联坐标测量机的结构特点,应用神经网络中重要的BP算法,提出了结合误差补偿建立了六自由度并联坐标测量机的正运动学分析模型,为实现从关节变量空间到测量空间的非线性映射提供了理论依据,该方法是有效的。在分析了并联坐标测量机测量空间的制约因素后,引进了极坐标搜索算法建立测量空间,应用MATLAB语言仿真得出并联坐标测量机的测量空间,最后讨论了结构参数及运动学约束对测量空间体积的影响。以雅克比矩阵为适值函数,以其条件数为最小作为评价指标,用遗传算法对六自由度并联坐标测量机的结构参数进行了优化。结构参数的优化实现了对运动平台参数设计的指导意义。对六自由度并联坐标测量机虚拟样机的几何建模过程进行了详细的讨论。然后,调用Open GL语言在虚拟环境下进行了虚拟样机的实体建模与运动学仿真。实体建模和运动学仿真使得虚拟轴机床的设计有据可依,有助于产品一次性制造成功。

全文目录

第一章绪论  7-12
  1.1 概述  7-8
  1.2 坐标测量机的国内外发展概况  8-9
  1.3 并联坐标测量机的理论研究  9-10
    1.3.1 设计理论研究  9
    1.3.2 位置分析技术研究  9-10
    1.3.3 测量空间分析  10
    1.3.4 结构参数优化分析研究  10
  1.4 并联坐标测量机的发展前景  10-11
  1.5 本学位论文研究的主要内容  11-12
第二章神经网络基本原理  12-19
  2.1 神经网络的发展概况  12-13
  2.2 神经网络基本理论  13-17
    2.2.1 神经元模型  13-14
    2.2.2 神经网络的结构与类型  14-15
    2.2.3 神经网络的分类  15-16
    2.2.4 神经网络的仿真  16
    2.2.5 神经网络的学习与训练  16-17
    2.2.6 神经网络的特点和优点  17
  2.3 BP 神经网络  17-19
    2.3.1 BP 网络简介  18
    2.3.2 BP 网络的设计  18-19
第三章 Stewart 型并联坐标测量机构型设计及运动学分析  19-31
  3.1 概述  19-20
    3.1.1 并联运动机构概述  19-20
    3.1.2 并联坐标测量机结构及工作原理  20
  3.2 位置反解模型  20-24
  3.3 位置正解模型  24-30
    3.3.1 BP 算法概述  25-27
    3.3.2 基于神经网络的位置正解计算实例  27-30
  3.4 本章小结  30-31
第四章 Stewart 型并联坐标测量机测量空间的分析  31-46
  4.1 测量空间定义及分析  31-32
  4.2 测量空间的制约因素  32-34
    4.2.1 驱动杆杆长限制  32
    4.2.2 运动副铰链转角限制  32-33
    4.2.3 驱动杆杆间干涉限制  33-34
  4.3 测量空间的确定方法  34-36
    4.3.1 测量空间的确定原理  34
    4.3.2 测量空间的搜索算法  34-36
  4.4 测量空间实例  36-43
    4.4.1 三维测量空间  36-40
    4.4.2 二维测量空间  40-43
  4.5 结构参数及运动学约束对测量空间体积的影响  43-45
  4.6 本章小结  45-46
第五章基于遗传算法的并联坐标测量机结构参数优化  46-54
  5.1 引言  46-47
  5.2 优化问题的数学基础  47
  5.3 目标函数的确定  47-48
  5.4 遗传算法的原理  48-51
    5.4.1 遗传算法的目的  49
    5.4.2 遗传算法的基本原理  49-50
    5.4.3 遗传算法的步骤和意义  50-51
  5.5 结构参数优化过程  51-53
    5.5.1 编码策略  52
    5.5.2 遗传算法自身参数设定  52
    5.5.3 结构参数优化结果  52-53
  5.6 本章小结  53-54
第六章并联坐标测量机虚拟样机的开发  54-65
  6.1 引言  54
  6.2 基于OpenGL 的几何建模技术  54-57
    6.2.1 虚拟样机的几何层次结构  55
    6.2.2 基于OpenGL 的几何建模的获取方法  55
    6.2.3 虚拟样机的形象建模  55-57
    6.2.4 虚拟样机的几何造型过程  57
  6.3 基于OpenGL 的运动建模技术  57-63
    6.3.1 六自由度虚拟样机的运动特征描述  58
    6.3.2 六自由度虚拟样机的运动过程仿真  58-63
  6.4 测量运动过程仿真  63-64
  6.5 本章小结  64-65
结论  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
中文详细摘要  70-78

基于虚拟样机的并联坐标测量机运动建模与仿真

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