六自由度运动模拟器结构参数分析设计

发布时间：2020-07-07 20:48

【摘要】： 六自由度运动模拟器是对飞机、舰船、宇航和车载设备等进行动态性能和可靠性研究的模拟试验装置,也是相应飞行员、船员及车辆驾驶员进行飞行模拟训练、舰船航行模拟训练和车辆驾驶模拟训练的有力手段。随着国内外研究的深入,其应用范围不断扩大,今天的六自由度运动模拟器在汽车制造领域、航空航天领域、船舶、机器人、工业及民用娱乐领域都有广阔的应用。本文对六自由度运动模拟器运动学和动力学进行了分析。运动学主要针对机构位置分析,包括机构位置反解分析和位置正解分析,台体运动参数的确定和液压缸速度及加速度的计算。动力学运用牛顿-欧拉法进行分析,由运动平台的运动参数得出各个液压缸的驱动力。六自由度运动模拟器各项功能和性能的实现与它结构参数的选择是密切相关的,设计优化的目的就是要找到一组最优的结构参数,以实现功能并达到需要的性能指标。本文研究了六自由度运动模拟器结构参数优化设计的实用方法即‘参数分段组合法优化’。本文对六自由运动模拟器的干涉进行了分析,绘制了液压缸与铰轴的夹角分布图,计算了上平台与液压缸的夹角,这些分析计算的结果为无干涉设计提供了依据和保障。本文研究了全数字原型仿真系统,对此系统进行了改进和完善,得到了由结构参数快速进行原型系统仿真的方法,由全数字原型系统来验证优化设计结果。本文最后根据实际的设计要求,优化设计了一个六自由度运动模拟器。通过这个例子验证了前面的设计优化方法以及干涉分析和快速仿真的可行性与正确性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH122
【图文】：

转置,轮胎

并联机器人的 Stewart 平台是 Gough 在 20 世纪 40 年代设计用于测量轮胎的,如图 1-2 所示。1965 年，Stewart 发表了最早关于六自由度平台的文章，后来又将这种平台置于飞机模拟器装置中作为飞行模拟器，如图 1-3所示。J. Tindale 建议将该形式的机构用于矿山开采机械和海上钻井平台，如图 1-4 所示。1972 年 Minskey 提出将 Stewart 平台用于操作装置的运动结构。同时，美国 NASA 等研究中心公布了六自由度平台的研究成果，相继出现了装有六自由度运动平台的飞行模拟器，图 1-6 所示为荷兰 Delft 大学研制的用于训练飞行员的飞行模拟器。[3][4][5]Hunt 教授在 1978 年建议采用这种机构作为机器人操作器，如图 1-5所示。1979 年 Mac Callion. H 与 Pham. D.T.首次将该机构按操作器设计，用于机器人的装配车间；随后 Marconi 设计了第一台商用六自由度并联操作装置 GADEFLY ，Clavel 提出了一种空间三自由度适用于轻载快速拾放作业的并联机器人 DELTA ，作为一种扩展，Pierrrot 等人提出了一种空间六自由度并联机器人 HEXA ，并在日本制造出了实验室样机。美国的Oregon 大学、法国的 INIRA 等相继研制出了并联机器人样机。[6][7][8][9][10]

飞行模拟器

海上钻井平台

图 1-4 海上钻井平台图 1-5 Hunt 机器人操作手Fig 1-4 Artesian well platform on the sea Fig 1-5 Hunt robot manipulator h20 世纪 80 年代中期，Stewart 平台在空间交会对接(RVD)仿真技面得到了应用，目前应用该机构进行 RVD 仿真的有美国、俄罗斯、局、日本等国家和机构，我国目前也正在进行该方面的研究工作。1994 年在美国芝加哥国际机床展览会上，Giddings & Lewis 公司展第一台利用 Stewart 平台机构的虚拟轴机床，如图 1-7 所示，引起广注，被称为“21 世纪的机床”，这在国内外已成为研究热点。到 1997洲国际机床展览会 EMO’97 上，就有英、美、德等国展出的虚拟轴机达 10 余台。目前日本已有 10 多家公司和研究单位在生产和研制此类机

【相似文献】