基于模擬退火算法的Stewart平臺的運動學正解分析
發(fā)布時間：2020-12-04 17:08
在工業(yè)生產(chǎn)之中Stewart平臺被廣泛應用。由于上平臺得位姿不易得到測量,又需要監(jiān)控機構的運行位置。因此對Stewart平臺進行運動學正解分析是十分必要的。本文利用牛頓-泰勒法建立Stewart平臺的運動學正解模型,求解出位置逆解、速度逆解。并利用模擬退火算法與初值無關并且具有概率突跳性和Newton-Raphson迭代法精度高的特點,提出了模擬退火算法和Newton-Raphson迭代法相結(jié)合的Stewart平臺位置正解方法。通過MATLAB編制了運動學正解和運動學反解的程序。利用SolidWorks進行建模,并且在Adams上進行運動仿真驗真了算法的準確性,為下一步的研究提供理論依據(jù)。
【文章來源】：軟件. 2020年06期 第247-252+256頁
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
Stewart平臺運動學模型Fig.1KinematicsmodeloftheStewartplatform
邵云龍等：基于模擬退火算法的Stewart平臺的運動學正解分析249《軟件》雜志歡迎推薦投稿：cosoft@vip.163.com圖2速度矢量圖Fig.2SpeedvectorJ－輸入速度對運動平臺位姿速度的一階影響系數(shù)矩陣。J=111222333444555666e(R)()()()()()TTBTTBTTBTTBTTBTTBeeReeReeReeReeRe式中：BiR—為上平臺鉸結(jié)點Bi相對于體坐標系原點的位矢；ei—為第i個支桿的單位向量。2模擬退火算法—Newton-Raphson正解算法為了解決Stewart平臺傳統(tǒng)運動學正解求解問題中的對于初值依賴性較大的情況，將模擬退火算法與Newton-Raphson迭代法結(jié)合起來，在簡化求解步驟的同時，既保證原本數(shù)值迭代法的高速運算，又發(fā)揮了模擬退火算法具有概率突跳性的特點。提高了運動學正解的計算精度。2.1模擬退火算法模擬退火算法是由S.Kirkpatrick，C.D.Gelatt和M.P.Vecchi在1983年根據(jù)物理退火過程發(fā)明的。它是一種非線性反演算法[7]。模擬退火算法的一般步驟是：首先根據(jù)具體情況給定算法所需的初始值，接著再利用新解的求娶接收準則等，對產(chǎn)生的新解進行不斷地迭代，直到目標函數(shù)適應度達到當前命題所規(guī)定的的要求。2.1.1初始值的選取初始值的選取偏差大小，對模擬退火算法的收斂速度有著深刻的影響[8]。為了確定初始值的數(shù)值范圍，首先將虛擬樣機成功運行的數(shù)據(jù)作為選值空間，并將初選的上平臺的位姿變化作為輸入，進行運動學反解的計算，并將計算的后的結(jié)果與預計算的六個驅(qū)動桿的長度數(shù)值進行比較。如若兩者比較誤差的數(shù)值沒有超過預先規(guī)定閾值時，則采用此時的初始值。反之，若超過閾值，則拋棄此時的?
第41卷第6期軟件《軟件》雜志歡迎推薦投稿：cosoft@vip.163.com252圖10上平臺繞Y軸旋轉(zhuǎn)角度變化曲線Fig.10CurveofrotationangleofupperplatformaroundYaxis圖11上平臺繞Z軸旋轉(zhuǎn)角度變化曲線Fig.11CurveoftherotationangleoftheupperplatformaroundtheZaxis圖12任意液壓缸的位移變化Fig.12Changeofdisplacementofanyhydrauliccylinder將上述六個液壓缸的位移變化曲線離散成坐標，然后制成樣條曲線。并將其作為驅(qū)動，可以得到符合上平臺目標函數(shù)的軌跡，有效地加快了模擬平臺的設計和建立的速度。4基于MATLAB的Stewart平臺的運動學正解實驗將上述算法寫成程序，并將六個液壓缸的長度變化作為輸入，求出以下六組數(shù)據(jù)。圖13求解的上平臺位姿數(shù)據(jù)圖Fig.13Posedataoftheupperplatform圖14求解的上平臺位姿數(shù)據(jù)誤差變化圖Fig.14Thevariationoftheposedataoftheupperplatform（下轉(zhuǎn)第256頁）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于混合模擬退火算法的陣列側(cè)向測井實時反演研究[J]. 馮進,倪小威,楊清,管耀,劉迪仁. 石油鉆探技術. 2019(05)
[2]基于模擬退火算法的船舶航向PID控制器參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 邵文超. 科學技術創(chuàng)新. 2019(22)
[3]七支鏈Stewart并聯(lián)機構位置正解的半解析算法[J]. 朱俊豪,尤晶晶,葉鵬達. 機械設計與制造工程. 2019(07)
[4]基于多目標遺傳算法的Stewart平臺運動學正解解算[J]. 胡啟國,駱艷麗,王宇謙. 機械傳動. 2019(03)
[5]六自由度Stewart平臺運動學遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡正解[J]. 李晶. 艦船科學技術. 2017(04)
[6]船舶運動仿真平臺的設計[J]. 林智宏,曾震宇,朱鈺,宮瑞. 自動化技術與應用. 2016(12)
[7]六自由度并聯(lián)機構變搜索原點迭代正解方法[J]. 楊恒,薛開. 應用科技. 2016(02)
[8]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的Stewart平臺位姿正解算法研究[J]. 張宗之,秦俊奇,陳海龍,劉平松. 機械傳動. 2015(06)
[9]基于ADAMS的六自由度液壓動感平臺建模及運動學仿真[J]. 林礪宗,潘大亨,傅招國,倪小鵬. 機床與液壓. 2012(13)
本文編號：2897954
【文章來源】：軟件. 2020年06期 第247-252+256頁
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
Stewart平臺運動學模型Fig.1KinematicsmodeloftheStewartplatform
邵云龍等：基于模擬退火算法的Stewart平臺的運動學正解分析249《軟件》雜志歡迎推薦投稿：cosoft@vip.163.com圖2速度矢量圖Fig.2SpeedvectorJ－輸入速度對運動平臺位姿速度的一階影響系數(shù)矩陣。J=111222333444555666e(R)()()()()()TTBTTBTTBTTBTTBTTBeeReeReeReeReeRe式中：BiR—為上平臺鉸結(jié)點Bi相對于體坐標系原點的位矢；ei—為第i個支桿的單位向量。2模擬退火算法—Newton-Raphson正解算法為了解決Stewart平臺傳統(tǒng)運動學正解求解問題中的對于初值依賴性較大的情況，將模擬退火算法與Newton-Raphson迭代法結(jié)合起來，在簡化求解步驟的同時，既保證原本數(shù)值迭代法的高速運算，又發(fā)揮了模擬退火算法具有概率突跳性的特點。提高了運動學正解的計算精度。2.1模擬退火算法模擬退火算法是由S.Kirkpatrick，C.D.Gelatt和M.P.Vecchi在1983年根據(jù)物理退火過程發(fā)明的。它是一種非線性反演算法[7]。模擬退火算法的一般步驟是：首先根據(jù)具體情況給定算法所需的初始值，接著再利用新解的求娶接收準則等，對產(chǎn)生的新解進行不斷地迭代，直到目標函數(shù)適應度達到當前命題所規(guī)定的的要求。2.1.1初始值的選取初始值的選取偏差大小，對模擬退火算法的收斂速度有著深刻的影響[8]。為了確定初始值的數(shù)值范圍，首先將虛擬樣機成功運行的數(shù)據(jù)作為選值空間，并將初選的上平臺的位姿變化作為輸入，進行運動學反解的計算，并將計算的后的結(jié)果與預計算的六個驅(qū)動桿的長度數(shù)值進行比較。如若兩者比較誤差的數(shù)值沒有超過預先規(guī)定閾值時，則采用此時的初始值。反之，若超過閾值，則拋棄此時的?
第41卷第6期軟件《軟件》雜志歡迎推薦投稿：cosoft@vip.163.com252圖10上平臺繞Y軸旋轉(zhuǎn)角度變化曲線Fig.10CurveofrotationangleofupperplatformaroundYaxis圖11上平臺繞Z軸旋轉(zhuǎn)角度變化曲線Fig.11CurveoftherotationangleoftheupperplatformaroundtheZaxis圖12任意液壓缸的位移變化Fig.12Changeofdisplacementofanyhydrauliccylinder將上述六個液壓缸的位移變化曲線離散成坐標，然后制成樣條曲線。并將其作為驅(qū)動，可以得到符合上平臺目標函數(shù)的軌跡，有效地加快了模擬平臺的設計和建立的速度。4基于MATLAB的Stewart平臺的運動學正解實驗將上述算法寫成程序，并將六個液壓缸的長度變化作為輸入，求出以下六組數(shù)據(jù)。圖13求解的上平臺位姿數(shù)據(jù)圖Fig.13Posedataoftheupperplatform圖14求解的上平臺位姿數(shù)據(jù)誤差變化圖Fig.14Thevariationoftheposedataoftheupperplatform（下轉(zhuǎn)第256頁）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于混合模擬退火算法的陣列側(cè)向測井實時反演研究[J]. 馮進,倪小威,楊清,管耀,劉迪仁. 石油鉆探技術. 2019(05)
[2]基于模擬退火算法的船舶航向PID控制器參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 邵文超. 科學技術創(chuàng)新. 2019(22)
[3]七支鏈Stewart并聯(lián)機構位置正解的半解析算法[J]. 朱俊豪,尤晶晶,葉鵬達. 機械設計與制造工程. 2019(07)
[4]基于多目標遺傳算法的Stewart平臺運動學正解解算[J]. 胡啟國,駱艷麗,王宇謙. 機械傳動. 2019(03)
[5]六自由度Stewart平臺運動學遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡正解[J]. 李晶. 艦船科學技術. 2017(04)
[6]船舶運動仿真平臺的設計[J]. 林智宏,曾震宇,朱鈺,宮瑞. 自動化技術與應用. 2016(12)
[7]六自由度并聯(lián)機構變搜索原點迭代正解方法[J]. 楊恒,薛開. 應用科技. 2016(02)
[8]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的Stewart平臺位姿正解算法研究[J]. 張宗之,秦俊奇,陳海龍,劉平松. 機械傳動. 2015(06)
[9]基于ADAMS的六自由度液壓動感平臺建模及運動學仿真[J]. 林礪宗,潘大亨,傅招國,倪小鵬. 機床與液壓. 2012(13)
本文編號：2897954
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