Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): Stewart-Platform 基本原理

2007年6月11日 星期一

Stewart-Platform 基本原理

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蔡智鴻 B94611037
看過這篇文章之後,感覺Stewart-Platform好像很有用,所以跟大家分享!

Stewart-Platform 基本原理


史都華平台為一封閉式工作平台,其由一固定的底板 ( base ) ,接有六個 joints 可動板上也有六個 joints ,而六個可變桿長之桿子,上接在一可動板之 joints ,下接?板上之 joints ,而由六個桿長的變化此結構,史都華平台擁有可操作的六個自由度,適合高精密度或 3D 曲面的加工。

史都華平台每一根桿子都是二力構件,只承受軸向力(張力或壓力),比起傳統懸臂樑之結構剛性高。

而由於史都華平台的可動板是由六根腳(即桿子)支撐,所以工具機業叫它做「六足 (HEXPOD) 工具機」,另外因為其並聯式的結構,在機械人學中把史都華定位平台叫做「並聯式機械人」


Stewart Platform 發展史

1948 年法國人 V.E.Gough 首創史都華平台,用於輪胎的測試。

1965年史都華氏發表並聯式六軸機械人的設計,並用來製作飛行模擬器後,史都華平台逐漸成為飛行模擬器之標準機構。

1979年 MacCallion 根據史都華平臺機構設計出第一架作為機械手臂的並聯式機械人,將其應用在自動化裝配上。從此以後史都華平臺機構又稱並聯式機械人。

1983年Hunt提出另一類型的並聯式六軸機械人,並首度對並聯式機械人展開系統性的機構學分析。此後,從實用觀點著眼的研究人員,利用美國的太空計畫與尖端醫療技術研究的經費,為這型機構在90年代急速地開發出相當廣泛的應用領域:車輛模擬定位平台,主動式防振平台、自動組裝、精密定位╱指向、手術機械人、自動塗裝等。

但是,由於該機構為具有六個自由度的空間機構,分析困難,因此機構學界對該機構的研究進展一直相當有限。

直到法國國家科學院的J. P. Merlet 博士從1985年引入幾何學分析法後,奇異行為、工作空間與順向運動學等研究才開始順利展開。

不過,1985-1994年間,學界(以J. P. Merlet博士為主)對該平臺機構的興趣主要在於特殊用途的平行式機械人。

1994年英國 Geodetic 公司在芝加哥工具機展展出 HEXAPOD 五軸加工機(由史都華平臺機構提供三個平移自由度,外加五軸頭提供兩個旋轉自由度),美國Giddings & Lewis 公司也同時展出 Variax 三軸工具機。於是史都華平臺機構一實在工具機業聲名大噪。

次年(1995年)Machinery 雜誌元月號兩篇專文介紹 HAXEPOD 工具機,標題是「Machines for the 21st centry」。工具機業對 HAXEPOD 工具機的狂熱,可以從德國 Fraunhofer IWU 的研究群的下述結論清楚看出來[22]:未來模具工業需要大量高精度(精度50微米以內),高切削速度(1000 M/min),高進給(5 - 10M/min)的自由曲面加工,這些工件必須用五軸加工機進行加工才符合經濟原則。

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