史都华平台原理与定位方式.pdf

史都華平台原理與定位方式 作者 ：洪佳 杰(2009-04-04) ；最 近更新 ：洪佳 杰(2009-06-02) ；推薦 ：徐 業良 (2009-04-05) 。 作者 ：洪佳 杰(2009-04-04) ；最 近更新 ：洪佳 杰(2009-06-02) ；推薦 ：徐 業良 (2009-04-05) 。 史都華平台原理與定位方式 本文介紹史都華平台的基本原理及優缺點，並說明平台定位方式以及定位程式撰 寫與測試。 1. 史都華平台簡介 史都華平台最早的雛型出現於 1956 年，由 V. E. Gough因為工作上的需求所建 立，隨後在 1965 年由 D. Stewart 加以改良，並命名為史都華平台(Stewart Platform) 。 如圖 1所示，史都華平台為一並聯式 (parallel)的工作平台，由 6 根線性致動器 (linear actuator) 、上下分別透過6個萬向接頭，與可動板 (platform)及固定板 (base)連接 組成，經由 6根線性致動器的長度變化，互相牽引萬向接頭，可使上方的可動板呈現 不同位置及角度，達到工作上的需求。 1 .tw/ 史都華平台原理與定位方式 圖 1.史都華平台組成 史都華平台由 6個線性運動之組合來驅動可動板，共有 6個自由度，包含了前後 移動 (Surge) 、左右橫移(Sway) 、升降起伏(Heave) 、左右側傾(Roll) 、前後翻滾(Pitch) 、 左右平擺(Yaw) 等運動（如圖2 ）。將這6種運動排列組合可產生無數個型態，只要在 可動板上安裝所需的機構，就能夠適合在高精密度及非線性的 3D曲面上進行工作。 圖 2.史都華平台運動型態模型 2 .tw/ 史都華平台原理與定位方式 2. 史都華平台的優缺點與實際應用 史都華平台上的 6 支線性致動器，皆屬於二力構件，只承受軸向力（拉力或壓 力），因此若可動板受力的方向改變時，6 支線性致動器皆能分擔負載，降低連桿的 負擔，所以能夠承受較高的載重，結構剛性很高。 機械手臂大多使用串聯式(serial)的結構設計，當工作端伸到最長時，末端會呈現 如懸臂梁之結構，每一支串聯的關節會累積誤差，因此當工作端移動時，容易造成晃 動，使精準度降低，所能承受的力量較小。並聯式結構的史都華平台的剛性比串聯式 結構高，穩定度較佳，更能在複雜的工作環境內達到高精密度的定位。不過由於可動 板的移動受到線性致動器長度的限制，因此工作空間小，而且存在著奇異點(singular point)的限制，當平台在奇異點的位置時會失去支撐方向的力，導致結構崩垮，因此 如何迴避奇異點在史都華平台應用上必須注意的問題。 高精密度、高剛性的史都華平台廣泛應用在航太、軍事、天文、醫療等領域。圖 3 為帕司卡企業推出的飛行模擬器，藉由油壓缸的長度變化使上方的模擬機台做 3D 的運動，用來模擬飛機在飛行的狀況。圖 4是美國德州 HET 公司的大型天文觀測台， 同樣利用史都華平台為底盤，利用其穩定性、精確度高的特性，用來架設天文望遠鏡。 圖 5 為一手術用的機械平台，它合併兩個史都華平台，利用串聯兩個並聯平台的方式 增加工作空間，克服平台在工作空間上的限制。 圖 3.飛行模擬訓練機 [.tw] 3