【摘要】： 六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器是對(duì)飛機(jī)、艦船、宇航和車(chē)載設(shè)備等進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能和可靠性研究的模擬試驗(yàn)裝置,也是相應(yīng)飛行員、船員及車(chē)輛駕駛員進(jìn)行飛行模擬訓(xùn)練、艦船航行模擬訓(xùn)練和車(chē)輛駕駛模擬訓(xùn)練的有力手段。隨著國(guó)內(nèi)外研究的深入,其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,今天的六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器在汽車(chē)制造領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、船舶、機(jī)器人、工業(yè)及民用娛樂(lè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用。 本文對(duì)六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)主要針對(duì)機(jī)構(gòu)位置分析,包括機(jī)構(gòu)位置反解分析和位置正解分析,臺(tái)體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定和液壓缸速度及加速度的計(jì)算。動(dòng)力學(xué)運(yùn)用牛頓-歐拉法進(jìn)行分析,由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)得出各個(gè)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力。 六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器各項(xiàng)功能和性能的實(shí)現(xiàn)與它結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇是密切相關(guān)的,設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的就是要找到一組最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù),以實(shí)現(xiàn)功能并達(dá)到需要的性能指標(biāo)。本文研究了六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)用方法即‘參數(shù)分段組合法優(yōu)化’。 本文對(duì)六自由運(yùn)動(dòng)模擬器的干涉進(jìn)行了分析,繪制了液壓缸與鉸軸的夾角分布圖,計(jì)算了上平臺(tái)與液壓缸的夾角,這些分析計(jì)算的結(jié)果為無(wú)干涉設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和保障。 本文研究了全數(shù)字原型仿真系統(tǒng),對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和完善,得到了由結(jié)構(gòu)參數(shù)快速進(jìn)行原型系統(tǒng)仿真的方法,由全數(shù)字原型系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。 本文最后根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)要求,優(yōu)化設(shè)計(jì)了一個(gè)六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器。通過(guò)這個(gè)例子驗(yàn)證了前面的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法以及干涉分析和快速仿真的可行性與正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類(lèi)號(hào)】：TH122
【圖文】：

并聯(lián)機(jī)器人的 Stewart 平臺(tái)是 Gough 在 20 世紀(jì) 40 年代設(shè)計(jì)用于測(cè)量輪胎的,如圖 1-2 所示。1965 年，Stewart 發(fā)表了最早關(guān)于六自由度平臺(tái)的文章，后來(lái)又將這種平臺(tái)置于飛機(jī)模擬器裝置中作為飛行模擬器 ，如圖 1-3所示。J. Tindale 建議將該形式的機(jī)構(gòu)用于礦山開(kāi)采機(jī)械和海上鉆井平臺(tái)，如圖 1-4 所示。1972 年 Minskey 提出將 Stewart 平臺(tái)用于操作裝置的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 。同時(shí)，美國(guó) NASA 等研究中心公布了六自由度平臺(tái)的研究成果，相繼出現(xiàn)了裝有六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的飛行模擬器，圖 1-6 所示為荷蘭 Delft 大學(xué)研制的用于訓(xùn)練飛行員的飛行模擬器 。[3][4][5]Hunt 教授在 1978 年建議采用這種機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人操作器 ，如圖 1-5所示。1979 年 Mac Callion. H 與 Pham. D.T.首次將該機(jī)構(gòu)按操作器設(shè)計(jì)，用于機(jī)器人的裝配車(chē)間 ；隨后 Marconi 設(shè)計(jì)了第一臺(tái)商用六自由度并聯(lián)操作裝置 GADEFLY ，Clavel 提出了一種空間三自由度適用于輕載快速拾放作業(yè)的并聯(lián)機(jī)器人 DELTA ，作為一種擴(kuò)展，Pierrrot 等人提出了一種空間六自由度并聯(lián)機(jī)器人 HEXA ，并在日本制造出了實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)。美國(guó)的Oregon 大學(xué)、法國(guó)的 INIRA 等相繼研制出了并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)。[6][7][8][9][10]

并聯(lián)機(jī)器人的 Stewart 平臺(tái)是 Gough 在 20 世紀(jì) 40 年代設(shè)計(jì)用于測(cè)量輪胎的,如圖 1-2 所示。1965 年，Stewart 發(fā)表了最早關(guān)于六自由度平臺(tái)的文章，后來(lái)又將這種平臺(tái)置于飛機(jī)模擬器裝置中作為飛行模擬器 ，如圖 1-3所示。J. Tindale 建議將該形式的機(jī)構(gòu)用于礦山開(kāi)采機(jī)械和海上鉆井平臺(tái)，如圖 1-4 所示。1972 年 Minskey 提出將 Stewart 平臺(tái)用于操作裝置的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 。同時(shí)，美國(guó) NASA 等研究中心公布了六自由度平臺(tái)的研究成果，相繼出現(xiàn)了裝有六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的飛行模擬器，圖 1-6 所示為荷蘭 Delft 大學(xué)研制的用于訓(xùn)練飛行員的飛行模擬器 。[3][4][5]Hunt 教授在 1978 年建議采用這種機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人操作器 ，如圖 1-5所示。1979 年 Mac Callion. H 與 Pham. D.T.首次將該機(jī)構(gòu)按操作器設(shè)計(jì)，用于機(jī)器人的裝配車(chē)間 ；隨后 Marconi 設(shè)計(jì)了第一臺(tái)商用六自由度并聯(lián)操作裝置 GADEFLY ，Clavel 提出了一種空間三自由度適用于輕載快速拾放作業(yè)的并聯(lián)機(jī)器人 DELTA ，作為一種擴(kuò)展，Pierrrot 等人提出了一種空間六自由度并聯(lián)機(jī)器人 HEXA ，并在日本制造出了實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)。美國(guó)的Oregon 大學(xué)、法國(guó)的 INIRA 等相繼研制出了并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)。[6][7][8][9][10]

圖 1-4 海上鉆井平臺(tái) 圖 1-5 Hunt 機(jī)器人操作手Fig 1-4 Artesian well platform on the sea Fig 1-5 Hunt robot manipulator h20 世紀(jì) 80 年代中期，Stewart 平臺(tái)在空間交會(huì)對(duì)接(RVD)仿真技面得到了應(yīng)用，目前應(yīng)用該機(jī)構(gòu)進(jìn)行 RVD 仿真的有美國(guó)、俄羅斯、局、日本等國(guó)家和機(jī)構(gòu)，我國(guó)目前也正在進(jìn)行該方面的研究工作。1994 年在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，Giddings & Lewis 公司展第一臺(tái)利用 Stewart 平臺(tái)機(jī)構(gòu)的虛擬軸機(jī)床，如圖 1-7 所示，引起廣注，被稱(chēng)為“21 世紀(jì)的機(jī)床”，這在國(guó)內(nèi)外已成為研究熱點(diǎn)。到 1997洲國(guó)際機(jī)床展覽會(huì) EMO’97 上，就有英、美、德等國(guó)展出的虛擬軸機(jī)達(dá) 10 余臺(tái)。目前日本已有 10 多家公司和研究單位在生產(chǎn)和研制此類(lèi)機(jī)

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本文編號(hào)：2745586