传统的二维设计方法常会造成机构运动工作空间过小、零部件间结构尺寸干涉等问题,造成重复设计。通过利用SolidWorks等三维绘图软件中的运动仿真功能,建立平台反解模型以及给定的运动轨迹进行六自由度平台的仿真分析,验证机构设计的合理性和平台位置反解模型的正确性,可以为六自由度平台结构优化及物理样机的搭建打下基础。
在上平台建立动坐标系R'(0'x'y'z'),在下平台建立静坐标系R(Oxyz),如图1所示。动坐标系与上平台一起运动。动、静坐标系的原点位于各六边形的几何中心。当上平台处于初始状态时,动坐标系的O'x'和O'y'轴分别与静坐标系的Ox和Oy轴平行,动坐标系的O'z'轴和静坐标系的Oz轴共线。
已知上平台在空间中的位置和姿态,求各驱动杆的伸缩长度,即为六自由度平台的位置反解。要进行反解首先需要将动坐标系中铰链点的坐标向量变换到静坐标系中,然后将变换得到的向量与静坐标系中铰链点的坐标向量相减得到驱动杆杆长矢量,即可求出杆长。
六自由度平台的动、静坐标系之间存在一个齐次变换矩阵,由静坐标系向动坐标系的坐标变换顺序为:先沿Ox轴、Oy轴、Oz轴分别平移x0,y0,z0,然后绕Oz轴、Oy轴、Ox轴分别旋转偏航角γ、俯仰角β、横滚角α,将这6次变换得到的矩阵相乘,可得由静坐标系向动坐标系变换的矩阵T为:
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