一種多腿多自由度天線位姿調節系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械制造業領域，特別涉及一種多腿多自由度天線位姿調節系統。
【背景技術】
[0002]機構的發明與發展同人類的生產、生活息息相關，它促進著生產力的發展、生產工具的改進和人類生活水平的不斷提高。從三國時期諸葛亮的“木牛流馬”到捷克作家查培克筆下強壯的“Robot”，無不體現著人類對新技術、新機構的幻想與渴望。并聯機構的出現，使得機器人的研究、機床的研究出現了新的熱點，彌補了串聯機構的不足。由于并聯機構結構剛度好、承載能力大、位置精度高等優點，吸引了國內外工程界與學術界的廣泛關注，幾十年來，人們對并聯機構的研究如火如荼，不斷致力于新型并聯機構的研發。
[0003]目前，國內外關于并聯機構的理論研究主要集中在機構學、運動學、動力學、控制等領域，其應用領域主要有:并聯機床、飛行模擬器、空間飛行對接機構、裝配生產線、衛星天線換向裝置、海軍艦艇觀測臺、天文望遠鏡跟蹤定位系統、動感娛樂平臺以及醫療設備等。
[0004]并聯機構學與運動學分析主要研究并聯機器人的運動學、奇異位形、工作空間等方面，是并聯機器人控制和應用研究的基礎。另一方面是動力學。動力學分析方法很多，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。由于并聯機構復雜，目前有關并聯機器人的研究大都集中在機構學方面，而對于動力學的研究相對較少。
[0005]在應用方面，最早應用并聯機器人的領域是機械制造業，如美國于1994年9月在芝加哥頂TS國際博覽會上首次展出了 VARIAX型并聯運動機床，引起轟動。它是一臺以Stewart平臺為基礎的5坐標立式加工中心，標志著機床設計開始采用并聯機構，是機床結構重大改革的里程碑，被譽為“21世紀機床”。
[0006]并聯機構是一種由多個并行鏈構成的閉環系統，與傳統的串聯機構相比.具有高剛度、尚精度、尚承載能力、結構簡單緊湊以及易于實現尚速運動等一系列優點.吸引國內外學術界與工程界的廣泛關注.其應用也幾乎涉及了現代尖端技術的各個領域。近年來，新型并聯機構的研發已成為國際機構學界的研究熱點。六桿并聯機構作為并聯機構的一種特殊形式，具有六個自由度的調節方式.已廣泛應用于國內外大科學工程項目.在21世紀將具有非常廣闊的發展前景。
[0007]并聯機構的發展大致經歷了從一桿到多桿、從平面到空間、從串聯到并聯的過程，其構想最早可以追溯到1895年。1978年.澳大利亞著名機構學教授Hunt首次提出把六自由度并聯機構作為機器人機構，他應用空間機構自由度計算準則及螺旋理論，對這種機器人進行了結構綜合研究，給出了許多結構方案，由此拉開并聯機器人研究的序幕。但在隨后的近10年里.并聯機器人研究似乎停滯不前。直到80年代末90年代初.并聯機器人才引起廣泛關注，成為國際研究的熱點，美國、日本、德同、中國、俄羅斯、意大利等都研制出各自的stewart機床.這也促進了虎克鉸、球鉸、導軌、滾珠絲杠控制器等stewart機床專用部件的迅速崛起。
[0008]并聯機構工作空間是指末端執行器(動平臺)上某點所能到達的空間所有點的集合，其是衡量并聯機構操作性能的一個重要指標，也是人們最為關注的問題之一。工作空間又可分為可達工作空間和靈活工作空間，可達工作空間是指執行器上某點從某一路徑可以到達空間位置點的集合；靈活工作空間是指執行器上某點從任意位置都可到達的位置點的集合，通常所說的工作空間應該指靈活工作空間。目前對并聯機構工作空間的研究主要有數值法、解析法、圖解法。DIBAKAR等采用拓撲學研究了平面機構末端執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邊界搜索法和有效包絡面搜索法求解機構的工作空間。
[0009]并聯機構位置的正、逆解析是并聯機器人運動學的核心內容之一，是并聯加工平臺的工作空間數值算法、實時控制中虛實變換、在線精度補償和動力學分析的理論基礎。一般而言，對于運動學求解來說，求出其解析表達式是最理想的。少自由度并聯機構因其結構相對簡單，同時兼有并聯機構逆解容易求解的特點，近年來對其運動學求解的研究從未中斷并取得了可喜的研究成果。
[0010]由于并聯機構具有高速度、高加速度、高精度的特點，加之人們不斷追求輕量化、模塊化，使得連接動平臺和靜平臺的構件柔性加大、固有頻率下降，增加了系統的彈性振動和運動誤差，因此動力學分析對并聯機構尤其是高速運動的并聯機構顯得尤為重要。目前常用的方法有Lagrange方程、牛頓一歐拉法、有限元理論、運動彈性動力分析理論和虛功原理。Lagrange法以系統的動能和勢能為基礎建立動力學方程，免去了機構真實運動分析部分，其推導過程比較簡便，且總能得到形式較為簡潔的動力學方程。Lagrange法雖然既能用于系統動力學分析，又能用于動力學控制，且能清楚地表示出各構件的耦合特性，但也存在著缺點:不能直接求出運動副的約束反力。采用牛頓一歐拉方法建立動力學模型的特點是:雖然推導過程復雜，但概念清晰，模型中冗余信息少，計算速度快且很容易求解各運動副約束反力。
[0011]目前對于并聯機構靜力學的分析工作很少，但并不是說并聯機構的靜力學分析就不重要。機床的動態性能是指機床運轉之后振動、噪聲、熱變形與磨損等性能的總稱，但通常意義上主要指機床的振動性能，即機床抵抗振動的能力。機床振動是不可能避免的，它不僅使運動部件相對位置發生變化、影響精度、加速磨損、進一步影響位置精度，同時還會產生污染環境的噪聲。研究表明機床的加工質量很大程度上取決于機床所產生的振動，特別是高速、高精度的機床，振動對其影響尤其明顯。因此，機床振動是機床動態性能研究的首要問題。
[0012]由于并聯機構是具有嚴重非線性的系統，結構簡單但控制非常復雜，傳統的控制方式很難實現實時高精度的控制要求，目前并聯機構的智能化和自動化程度己經成為控制理論研究和自