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基于六自由度并联平台的模拟目标追踪系统设计
摘要
六自由度并联（Stewart）平台具有承载能力强、结构刚度大、精度高、系统动态响应快、累计误差小、反解容易等优点，经年来已被广泛应用于运动模拟器、并联机床、精密定位平台及各种娱乐场合。在此发展趋势下，将六自由度并联平台应用于模拟目标追踪，设计出了一套新型、高效的系统。上位机应运VisualBasic编程语言，通过ModbusHYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/36190.htm"协议实现PC机与PAC控制器的通讯，运用基于神经网络整定的PID控制算法，从而控制液压系统实现对平台的控制，完成目标追踪任务。
关键词：六自由度并联平台VisualBasic编程PAC控制器神经网络PID
Abstract
Sixdegreesoffreedomparallel(Stewart)platformwithstrongbearingcapacity,stiffness,highprecision,fastdynamicresponsesofthesystem,thecumulativeerrorissmall,andeasyinthesolution,theyearshavebeenwidelyappliedinmotionsimulator,aparallelmachinetool,precisionpositioningplatformandvariouskindsofentertainmentplaces.Underthisdevelopmenttendency,sixdegree-of-freedomparallelplatformisfirstusedtosimulatetargettracking,designedasetofnewandefficientsystem.PCuseVisualBasicprogramminglanguage,throughtheModbusprotocolimplementationPCcommunicationswithPACcontroller,usingPIDcontrolalgorithmbasedonneuralnetworksetting,soastocontrolhydraulicsystemtorealizethecontroloftheplatform,targettrackingtask.
Keywords:sixdegree-of-freedomparallelVisualBasicprogramming
PACcontrollerNeuralnetworkPID
0引言
目标追踪在现代化战争、民用、工业、科研等领域都具有重要的影响。由于其广泛的应用前景，目标追踪问题一直备受关注。
目标追踪对机械执行系统的精度及响应速度要求甚高。而六自由度并联平台相对于六自由度并联平台相对串联平台具有以下特点：
（1）刚度大、结构稳定。这是由于上运动平台经由6个液压缸的支撑。
（2）承载能力强。由于刚度大,较串联式机构在相同的自重或体积的情况下，具有高得多的承载能力。
（3）误差小、位姿精度高。这是因为没有串联机构的误差累积和放大。
（4）动力性能好。串联式机构的驱动电动机及传动系统大都放在运动着的大小臂上，增加了系统的惯性，恶化了动力性能，并联式机构将动力源放在机座上，减小了运动负载。
（5）反解容易。多自由度机构运动过程中，需要进行实时反解计算。串联机构的反解十分困难，而对并联机构反解非常容易。
由上述特点可以看出六自由度并联平台更能满足其要求。
1.六自由度并联平台的总装设计
1.1六自由度并联平台的机械部分
Stewart平台由上、下两个平台、六个驱动关节和连接球铰组成，上平台为运动平台，下平台为基座，上、下平台的六个铰点分别组成一个六边形，连接6个液压缸作为驱动关节，每个液压缸两端各连接一个球铰。六个驱动关节的伸缩运动是独立的，由液压比例压力阀控制各液压缸作伸缩运动，从而改变各个驱动缸的长度，使动平台在空间的位置和姿态发生变化。因此该平台是通过六个驱动杆的协调动作来实现三个线性移动及三个转动共六个自由度的运动。
Stewart平台机构的空间位置关系是指运动平台的六个自由度与六个驱动杆长度的关系，是研究该并联机构最基本的任务，也是机构速度、加速度、误差分析、工作空间分析、动力分析等的基础。
对于六自由度并联平台机构，其特点是动静平台铰点共面，考虑到工作空间的对称性要求，将平台的6个铰点分成3组，三组铰点沿圆周120°均布，动、静平台的相邻两边到中心的夹角分别为30°和90°。其结构如图1所示。

图1空间机构位置关系示意图
1.2.六自由度并联平台的逆解算法
以第i只液压缸为例描述该