【摘要】： 六自由度運動模擬器是對飛機、艦船、宇航和車載設備等進行動態(tài)性能和可靠性研究的模擬試驗裝置,也是相應飛行員、船員及車輛駕駛員進行飛行模擬訓練、艦船航行模擬訓練和車輛駕駛模擬訓練的有力手段。隨著國內(nèi)外研究的深入,其應用范圍不斷擴大,今天的六自由度運動模擬器在汽車制造領域、航空航天領域、船舶、機器人、工業(yè)及民用娛樂領域都有廣闊的應用。 本文對六自由度運動模擬器運動學和動力學進行了分析。運動學主要針對機構位置分析,包括機構位置反解分析和位置正解分析,臺體運動參數(shù)的確定和液壓缸速度及加速度的計算。動力學運用牛頓-歐拉法進行分析,由運動平臺的運動參數(shù)得出各個液壓缸的驅(qū)動力。 六自由度運動模擬器各項功能和性能的實現(xiàn)與它結構參數(shù)的選擇是密切相關的,設計優(yōu)化的目的就是要找到一組最優(yōu)的結構參數(shù),以實現(xiàn)功能并達到需要的性能指標。本文研究了六自由度運動模擬器結構參數(shù)優(yōu)化設計的實用方法即‘參數(shù)分段組合法優(yōu)化’。 本文對六自由運動模擬器的干涉進行了分析,繪制了液壓缸與鉸軸的夾角分布圖,計算了上平臺與液壓缸的夾角,這些分析計算的結果為無干涉設計提供了依據(jù)和保障。 本文研究了全數(shù)字原型仿真系統(tǒng),對此系統(tǒng)進行了改進和完善,得到了由結構參數(shù)快速進行原型系統(tǒng)仿真的方法,由全數(shù)字原型系統(tǒng)來驗證優(yōu)化設計結果。 本文最后根據(jù)實際的設計要求,優(yōu)化設計了一個六自由度運動模擬器。通過這個例子驗證了前面的設計優(yōu)化方法以及干涉分析和快速仿真的可行性與正確性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TH122
【圖文】：

并聯(lián)機器人的 Stewart 平臺是 Gough 在 20 世紀 40 年代設計用于測量輪胎的,如圖 1-2 所示。1965 年，Stewart 發(fā)表了最早關于六自由度平臺的文章，后來又將這種平臺置于飛機模擬器裝置中作為飛行模擬器 ，如圖 1-3所示。J. Tindale 建議將該形式的機構用于礦山開采機械和海上鉆井平臺，如圖 1-4 所示。1972 年 Minskey 提出將 Stewart 平臺用于操作裝置的運動結構 。同時，美國 NASA 等研究中心公布了六自由度平臺的研究成果，相繼出現(xiàn)了裝有六自由度運動平臺的飛行模擬器，圖 1-6 所示為荷蘭 Delft 大學研制的用于訓練飛行員的飛行模擬器 。[3][4][5]Hunt 教授在 1978 年建議采用這種機構作為機器人操作器 ，如圖 1-5所示。1979 年 Mac Callion. H 與 Pham. D.T.首次將該機構按操作器設計，用于機器人的裝配車間 ；隨后 Marconi 設計了第一臺商用六自由度并聯(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)機器人 DELTA ，作為一種擴展，Pierrrot 等人提出了一種空間六自由度并聯(lián)機器人 HEXA ，并在日本制造出了實驗室樣機。美國的Oregon 大學、法國的 INIRA 等相繼研制出了并聯(lián)機器人樣機。[6][7][8][9][10]

并聯(lián)機器人的 Stewart 平臺是 Gough 在 20 世紀 40 年代設計用于測量輪胎的,如圖 1-2 所示。1965 年，Stewart 發(fā)表了最早關于六自由度平臺的文章，后來又將這種平臺置于飛機模擬器裝置中作為飛行模擬器 ，如圖 1-3所示。J. Tindale 建議將該形式的機構用于礦山開采機械和海上鉆井平臺，如圖 1-4 所示。1972 年 Minskey 提出將 Stewart 平臺用于操作裝置的運動結構 。同時，美國 NASA 等研究中心公布了六自由度平臺的研究成果，相繼出現(xiàn)了裝有六自由度運動平臺的飛行模擬器，圖 1-6 所示為荷蘭 Delft 大學研制的用于訓練飛行員的飛行模擬器 。[3][4][5]Hunt 教授在 1978 年建議采用這種機構作為機器人操作器 ，如圖 1-5所示。1979 年 Mac Callion. H 與 Pham. D.T.首次將該機構按操作器設計，用于機器人的裝配車間 ；隨后 Marconi 設計了第一臺商用六自由度并聯(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)機器人 DELTA ，作為一種擴展，Pierrrot 等人提出了一種空間六自由度并聯(lián)機器人 HEXA ，并在日本制造出了實驗室樣機。美國的Oregon 大學、法國的 INIRA 等相繼研制出了并聯(lián)機器人樣機。[6][7][8][9][10]

圖 1-4 海上鉆井平臺 圖 1-5 Hunt 機器人操作手Fig 1-4 Artesian well platform on the sea Fig 1-5 Hunt robot manipulator h20 世紀 80 年代中期，Stewart 平臺在空間交會對接(RVD)仿真技面得到了應用，目前應用該機構進行 RVD 仿真的有美國、俄羅斯、局、日本等國家和機構，我國目前也正在進行該方面的研究工作。1994 年在美國芝加哥國際機床展覽會上，Giddings & Lewis 公司展第一臺利用 Stewart 平臺機構的虛擬軸機床，如圖 1-7 所示，引起廣注，被稱為“21 世紀的機床”，這在國內(nèi)外已成為研究熱點。到 1997洲國際機床展覽會 EMO’97 上，就有英、美、德等國展出的虛擬軸機達 10 余臺。目前日本已有 10 多家公司和研究單位在生產(chǎn)和研制此類機

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本文編號：2745586