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原文传递车载精密仪器Stewart减振平台的性能分析及参数优化

论文题名：	车载精密仪器Stewart减振平台的性能分析及参数优化
关键词：	车载精密仪器;减振平台;结构设计;参数优化
摘要：	车辆在行驶过程中，受到路况及车况的影响，会产生复杂且多自由度的振动。这些振动对于车载精密仪器形成了宽频的六自由度激励。一些车载精密仪器诸如军工武器装备，医疗级别的显微镜或者光学设备等需要在极为稳定的工况下才能保持正常运作。为解决车况及路况激励对这些精密仪器的影响，本文将六自由度并联Gough-Stewart平台的结构用作减振平台的设计，以实现在较宽频域范围内的六自由度激励振动衰减。　　本文首先对Stewart六自由度并联机构进行运动学的性质的理论分析。先利用空间坐标变换的相关知识及旋转坐标转换原理对此机构进行空间坐标系的建模。然后针对并联机构在空间运动学的研究中的难点，即运动学求解尤其是运动学正解的求解方案进行详细的研究。为解决运动学正解求解计算中存在多个高度非线性公式而无法用普通数值计算方法求解的难点，本文提出了一种将多目标遗传算法与最小二乘原理结合的一种算法应用到运动学正解求解中。根据实际算例求解的情况来看，对于一组杆长值进行十次反复验证计算结果的均方根值误差均低于0.1;最小可达0.011。因此认为本文设计的运动学正解求解算法求解速度快且求解精度高，是一种有效可行的求解方法。本文同时也介绍了运动学研究中空间奇异位姿问题以及最大工作空间的影响因素，并利用Gosslin几何法对算例中平台的工作空间进行求解。　　其次，对空间六自由度并联机构动力学求解的方法进行了研究。牛顿欧拉法一直以来是求解并联机构中的常用方法，但此法求解冗余繁杂，难于运用到实际的算法设计中。本文提出将虚功原理运用到六自由度并联机构的动力学求解中，并设计了算例来验证此解法的正确性以及可行性。此种解法逻辑清晰且易于在计算机上实现。同时，针对本论文将并联机构用于隔振平台的设计的特殊性，本文利用拉格朗日原理建立了弹簧阻尼模型的隔振平台的动力学方程，作为此隔振平台的设计理论依据。　　然后，利用Solidworks和ADAMS建立了此隔振平台的虚拟样机模型。为验证建立的虚拟样机模型的准确性及可靠性，本文设计了运动学及动力学的仿真实验来对模型进行验证，以确保此虚拟样机的仿真性质结果对实际物理样机的性质设计具有准确的参考意义。　　为设计隔振平台的半主动隔振系统，确定主要研究重点为隔振系统性质参数的最优化设计。本文利用拉丁超立方抽样结合层次分析法分别进行单目标参数优化的尝试以及多目标参数全面优化设计。对仿真结果进行定量分析可以得出，最终的设计方案对于本文设计的虚拟样机在六个自由度方向的振动衰减程度分别[92.53％,87.47％,94.70％,87.61％,89.63％,61.2％]。　　本文对Stewart并联机构的运动学正解、动力学求解等理论难点提出相应的解算方案。同时设计虚拟样机模型，其仿真结果对物理样机的设计有着直观且精确的参考价值，使得在物理样机设计过程中能极大节省经费及实验时间。同时对隔振平台提出半主动隔振系统参数优化方案，此隔振平台的设计能使车载精密仪器的工作状况得到改善。
作者：	王宇谦
专业：	车辆工程
导师：	胡启国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文