驾驶模拟六自由度运动装置设计与分析

发布时间：2020-05-28 19:56

【摘要】：随着虚拟现实技术的发展,人们对多自由度运动的模拟装置的需求越来越多。如,用于培养汽车驾驶员、赛车游戏的运动模拟装置。目前,大部分模拟装置的机构原型是Stewart机构,其安装与调试的过程中涉及参数多,工艺性有待提高。本文设计应用于驾驶场景模拟的运动装置,是采用通过Stewart机构变异得到的6-SPS并联机构,其工艺性好,结构紧凑,可以应用于现代化工业、教育教学和游戏娱乐等多种场合。在已有的研究成果基础上,设计了具有自主知识产权的驾驶模拟装置的机构原型,该装置主要由运动平台、固定平台和并联形式联于两者之间的六个SPS运动支链构成。其中六个SPS支链按3、2、1的数量分为三组,三组运动支链相互正交布局。分析了机构位置反解,利用空间边界点搜索方法,求得模拟装置的运动空间,绘制了运动空间的三维边界图。利用运动与力综合传递性能,结合运动空间的体积作为评价指标,分析了模拟装置的机构尺寸参数对评价指标的影响,给出了一组合理的机构参数。建立了该装置的动力学模型,利用拉格朗日动力学方程求出了该装置的动力学方程的显式表达式,设计了虚拟样机,建立了虚拟样机模型,利用ADAMS仿真软件对样机模型进行仿真,得出了模拟装置的各项性能变化曲线。结果表明,本文设计的驾驶模拟运动装置是可行的,为该产品的研发提供了理论基础。依据本文的设计方案,研发出了一种驾驶模拟六自由度运动平台样机。
【图文】：

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课题背景及意义随着对并联机构的研究不断加深，其应用的范围越来越广，近年来，虚拟和系统仿真技术的快速发展[1-2]，基于并联机构的驾驶模拟运动装置在很多了长足的进步[3]。驾驶模拟运动装置的发展不仅能够提高我国航空航天设备备以及民用设备的研究水平，为驾驶员的培养降低成本，也能通过应用于领域来丰富人们的生活[4-6]。驾驶模拟装置是通过模拟真实物体的运动来给使用者提供运动感觉的机利用这种装置，驾驶员可以感觉到所操纵运动设备的加速度大小及方向，定的情况下也可以感觉其姿态。比如，驾驶模拟装置应用于对飞行员或者养，驾驶模拟装置通过模拟飞机的飞行或者船舶的航行来提供逼真的飞行航行感觉，如图 1-1 和 1-2 所示。可以使被培养者不用登上飞机或者船舶就好的训练效果，同时，可以避免环境污染，减少能源消耗，降低培训成本可控性高，培训风险低，不受气候和场地的限制等优点。

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课题背景及意义随着对并联机构的研究不断加深，其应用的范围越来越广，近年来，虚拟和系统仿真技术的快速发展[1-2]，基于并联机构的驾驶模拟运动装置在很多了长足的进步[3]。驾驶模拟运动装置的发展不仅能够提高我国航空航天设备备以及民用设备的研究水平，为驾驶员的培养降低成本，也能通过应用于领域来丰富人们的生活[4-6]。驾驶模拟装置是通过模拟真实物体的运动来给使用者提供运动感觉的机利用这种装置，驾驶员可以感觉到所操纵运动设备的加速度大小及方向，，定的情况下也可以感觉其姿态。比如，驾驶模拟装置应用于对飞行员或者养，驾驶模拟装置通过模拟飞机的飞行或者船舶的航行来提供逼真的飞行航行感觉，如图 1-1 和 1-2 所示。可以使被培养者不用登上飞机或者船舶就好的训练效果，同时，可以避免环境污染，减少能源消耗，降低培训成本可控性高，培训风险低，不受气候和场地的限制等优点。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH112

【参考文献】