数字化设计及制造-范例3.doc

数字化设计与制造课程设计 三自由度动感座椅的设计 组员：褚博文201221080407 周红坤201222080625 边志远201221080406 2013年06月27日 目录 II 第1章 引言 1 1.1 课题来源及研究的意义 1 1.1.1 摇摆台的结构与特点 1 1.1.2 摇摆台的发展与应用 2 1.1.3 摇摆台研究现状分析 5 1.2 本论文的主要研究内容 8 第2章 摇摆台方案设计 9 2.1 摇摆台技术指标分析 9 2.2 摇摆台系统组成 9 2.3 运动结构及自由度分析 10 2.3.1 机械结构选择 10 2.3.2 自由度分析 12 2.3.3 摇摆台功能实现 13 2.4 驱动方式选择 14 第3章 运动学特性 16 3.1 坐标系和基本机构参数 16 3.2 位姿描述 17 3.3 摇摆台模型建立 19 3.3.1 运动学反解 20 3.3.2 运动学正解 22 3.4 分析计算和电机选型 23 3.4.1 系统的动力学计算 23 3.4.2 SIMULINK反解模型搭建 24 3.4.3 选型 25 第4章 摇摆台建模及仿真 27 4.1 ADAMS建模 27 4.1.1 ADAMS软件介绍 27 4.1.2 PRO/E三维模型建立 28 4.1.3 Mechanism/Pro接口 29 4.2 ADAMS仿真研究 31 4.2.1 摇摆台的实现 31 4.2.2 仿真结果及分析 31 第5章 机械结构设计 36 5.1 系统机械结构介绍 36 5.2 上铰支座的设计 36 5.2.1 上铰轴的设计 37 5.2.2 关节轴承的选择 41 5.3 下铰支座的设计 41 5.3.1 电动缸下铰支座 41 5.3.2 滚动轴承的选择 44 结束语 45 参考文献 46 引言 课题来源及研究的意义 本文以电子科技大学智能系统与信息技术研究所所承接的科研项目“三自由度动感座椅”为背景，对电动的三自由度并联机构的特性及机械特性进行理论分析研究。 摇摆试验台作为一种新型的空间运动机构，已在模拟船舶的水面运动、航空航天、天文观测、训练模拟驾驶等很多方面得到了广泛的应用，4D动感特效椅是4D电影的重要组成部分，是与3D电影结合起来的高新技术。同时也可以应用于游戏、娱乐等方面应用。能模拟撞击、地震和舱体的振动模拟瞬间坠落功能。 摇摆台的设计涉及机械、电气、控制、传感器、空间数学模型、动态仿真等一系列技术领域，因而它的研制成为高等院校、研究院所在控制等相关领域中发展水平的标志性象征。同时也具有很高的科研价值和良好的市场前景。各种控制算法和仿真程序可以为今后的科研和生产提供参考。 摇摆台的结构与特点 表1-1 并联机构和串联机构比较表 比较项目 并联机构 串联机构 工作空间 小 大 正静力学 容易 难 逆静力学 难 容易 正运动学 难 容易 逆运动学 容易 难 力误差 积累 平均化 位置误差 平均化 积累 动力学 非常复杂 复杂 惯量 小 大 最大出力 所有驱动力综合 受最小驱动器力的限制 刚度 高 低 摇摆台的发展与应用 并联机构的研究最早可追溯到1949年Gough采用并联机构制作了轮胎检测装置图1-1 1-1所示。1965年，德国学者Stewart最早发表了关于六自由度平台的文章，后来又将这种平台应用于飞机模拟器装置中作为飞行模拟器，因此相应的平台称之为Stewart平台，如图1-2所示。 图1-1 Gough轮胎检测转置 图1-2 Stewart飞行模拟器 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1-4所示为荷兰Delft大学研制的用于训练飞行员的飞行模拟器。 图1-3 海上钻井平台 图1-4 Delft大学的飞行模拟器 1994Stewart平台机构的虚拟轴机床，如图1-5所示，引起广泛关注，被称为“21世纪的机床”，这在国内外已成为研究热点。到1997年欧洲国际机床展览会EMO’97上，就有英、美、德等国展出的虚拟轴机床多达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床。 并联机器人在军事方面也得到了应用，将该平台装于坦克或军舰上，用它来模拟仿真路面谱及海面谱，以使在目标的瞄准射击过程中不受这些因素的干扰，达到准确中击中目标的目的。 图1-5 G公司的VARIAX 运动仿真因能给人以动感刺激而逐步走进娱乐业。运动的并联平台配以视景、音响以及触觉等设备，能给人以一种身临其境的感觉。如美国Disneyland和Space Camp，以及日本的“星球航行”、“宇宙航行”等娱乐设施均采用了并联机构的平台。