一種多腿多自由度天線位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域，特別涉及一種多腿多自由度天線位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)構(gòu)的發(fā)明與發(fā)展同人類的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，它促進(jìn)著生產(chǎn)力的發(fā)展、生產(chǎn)工具的改進(jìn)和人類生活水平的不斷提高。從三國時(shí)期諸葛亮的“木牛流馬”到捷克作家查培克筆下強(qiáng)壯的“Robot”，無不體現(xiàn)著人類對新技術(shù)、新機(jī)構(gòu)的幻想與渴望。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，使得機(jī)器人的研究、機(jī)床的研究出現(xiàn)了新的熱點(diǎn)，彌補(bǔ)了串聯(lián)機(jī)構(gòu)的不足。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度好、承載能力大、位置精度高等優(yōu)點(diǎn)，吸引了國內(nèi)外工程界與學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，幾十年來，人們對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究如火如荼，不斷致力于新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研發(fā)。
[0003]目前，國內(nèi)外關(guān)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的理論研究主要集中在機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制等領(lǐng)域，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有:并聯(lián)機(jī)床、飛行模擬器、空間飛行對接機(jī)構(gòu)、裝配生產(chǎn)線、衛(wèi)星天線換向裝置、海軍艦艇觀測臺(tái)、天文望遠(yuǎn)鏡跟蹤定位系統(tǒng)、動(dòng)感娛樂平臺(tái)以及醫(yī)療設(shè)備等。
[0004]并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要研究并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、奇異位形、工作空間等方面，是并聯(lián)機(jī)器人控制和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。另一方面是動(dòng)力學(xué)。動(dòng)力學(xué)分析方法很多，主要有:拉格朗日(Lagrange)法、牛頓一歐拉(New—ton-Euler)法、高斯(Gauss)法、凱恩(Kane)法等。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，目前有關(guān)并聯(lián)機(jī)器人的研究大都集中在機(jī)構(gòu)學(xué)方面，而對于動(dòng)力學(xué)的研究相對較少。
[0005]在應(yīng)用方面，最早應(yīng)用并聯(lián)機(jī)器人的領(lǐng)域是機(jī)械制造業(yè)，如美國于1994年9月在芝加哥頂TS國際博覽會(huì)上首次展出了 VARIAX型并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，引起轟動(dòng)。它是一臺(tái)以Stewart平臺(tái)為基礎(chǔ)的5坐標(biāo)立式加工中心，標(biāo)志著機(jī)床設(shè)計(jì)開始采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是機(jī)床結(jié)構(gòu)重大改革的里程碑，被譽(yù)為“21世紀(jì)機(jī)床”。
[0006]并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種由多個(gè)并行鏈構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比.具有高剛度、尚精度、尚承載能力、結(jié)構(gòu)簡單緊湊以及易于實(shí)現(xiàn)尚速運(yùn)動(dòng)等一系列優(yōu)點(diǎn).吸引國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工程界的廣泛關(guān)注.其應(yīng)用也幾乎涉及了現(xiàn)代尖端技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。近年來，新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研發(fā)已成為國際機(jī)構(gòu)學(xué)界的研究熱點(diǎn)。六桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一種特殊形式，具有六個(gè)自由度的調(diào)節(jié)方式.已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外大科學(xué)工程項(xiàng)目.在21世紀(jì)將具有非常廣闊的發(fā)展前景。
[0007]并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展大致經(jīng)歷了從一桿到多桿、從平面到空間、從串聯(lián)到并聯(lián)的過程，其構(gòu)想最早可以追溯到1895年。1978年.澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hunt首次提出把六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)，他應(yīng)用空間機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算準(zhǔn)則及螺旋理論，對這種機(jī)器人進(jìn)行了結(jié)構(gòu)綜合研究，給出了許多結(jié)構(gòu)方案，由此拉開并聯(lián)機(jī)器人研究的序幕。但在隨后的近10年里.并聯(lián)機(jī)器人研究似乎停滯不前。直到80年代末90年代初.并聯(lián)機(jī)器人才引起廣泛關(guān)注，成為國際研究的熱點(diǎn)，美國、日本、德同、中國、俄羅斯、意大利等都研制出各自的stewart機(jī)床.這也促進(jìn)了虎克鉸、球鉸、導(dǎo)軌、滾珠絲杠控制器等stewart機(jī)床專用部件的迅速崛起。
[0008]并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間是指末端執(zhí)行器(動(dòng)平臺(tái))上某點(diǎn)所能到達(dá)的空間所有點(diǎn)的集合，其是衡量并聯(lián)機(jī)構(gòu)操作性能的一個(gè)重要指標(biāo)，也是人們最為關(guān)注的問題之一。工作空間又可分為可達(dá)工作空間和靈活工作空間，可達(dá)工作空間是指執(zhí)行器上某點(diǎn)從某一路徑可以到達(dá)空間位置點(diǎn)的集合；靈活工作空間是指執(zhí)行器上某點(diǎn)從任意位置都可到達(dá)的位置點(diǎn)的集合，通常所說的工作空間應(yīng)該指靈活工作空間。目前對并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間的研究主要有數(shù)值法、解析法、圖解法。DIBAKAR等采用拓?fù)鋵W(xué)研究了平面機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器工作空間的外部邊界搜索法；高峰、江洪道等分別提出采用球坐標(biāo)邊界搜索法和有效包絡(luò)面搜索法求解機(jī)構(gòu)的工作空間。
[0009]并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置的正、逆解析是并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的核心內(nèi)容之一，是并聯(lián)加工平臺(tái)的工作空間數(shù)值算法、實(shí)時(shí)控制中虛實(shí)變換、在線精度補(bǔ)償和動(dòng)力學(xué)分析的理論基礎(chǔ)。一般而言，對于運(yùn)動(dòng)學(xué)求解來說，求出其解析表達(dá)式是最理想的。少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)相對簡單，同時(shí)兼有并聯(lián)機(jī)構(gòu)逆解容易求解的特點(diǎn)，近年來對其運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的研究從未中斷并取得了可喜的研究成果。
[0010]由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有高速度、高加速度、高精度的特點(diǎn)，加之人們不斷追求輕量化、模塊化，使得連接動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)的構(gòu)件柔性加大、固有頻率下降，增加了系統(tǒng)的彈性振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)誤差，因此動(dòng)力學(xué)分析對并聯(lián)機(jī)構(gòu)尤其是高速運(yùn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)顯得尤為重要。目前常用的方法有Lagrange方程、牛頓一歐拉法、有限元理論、運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力分析理論和虛功原理。Lagrange法以系統(tǒng)的動(dòng)能和勢能為基礎(chǔ)建立動(dòng)力學(xué)方程，免去了機(jī)構(gòu)真實(shí)運(yùn)動(dòng)分析部分，其推導(dǎo)過程比較簡便，且總能得到形式較為簡潔的動(dòng)力學(xué)方程。Lagrange法雖然既能用于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析，又能用于動(dòng)力學(xué)控制，且能清楚地表示出各構(gòu)件的耦合特性，但也存在著缺點(diǎn):不能直接求出運(yùn)動(dòng)副的約束反力。采用牛頓一歐拉方法建立動(dòng)力學(xué)模型的特點(diǎn)是:雖然推導(dǎo)過程復(fù)雜，但概念清晰，模型中冗余信息少，計(jì)算速度快且很容易求解各運(yùn)動(dòng)副約束反力。
[0011]目前對于并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜力學(xué)的分析工作很少，但并不是說并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析就不重要。機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能是指機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)之后振動(dòng)、噪聲、熱變形與磨損等性能的總稱，但通常意義上主要指機(jī)床的振動(dòng)性能，即機(jī)床抵抗振動(dòng)的能力。機(jī)床振動(dòng)是不可能避免的，它不僅使運(yùn)動(dòng)部件相對位置發(fā)生變化、影響精度、加速磨損、進(jìn)一步影響位置精度，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的噪聲。研究表明機(jī)床的加工質(zhì)量很大程度上取決于機(jī)床所產(chǎn)生的振動(dòng)，特別是高速、高精度的機(jī)床，振動(dòng)對其影響尤其明顯。因此，機(jī)床振動(dòng)是機(jī)床動(dòng)態(tài)性能研究的首要問題。
[0012]由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)是具有嚴(yán)重非線性的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單但控制非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的控制方式很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度的控制要求，目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)的智能化和自動(dòng)化程度己經(jīng)成為控制理論研究和自