【正文】 精選資料摘 要六自由度運動平臺是一種空間運動的模擬器，在其允許的工作范圍內(nèi)可完成任意空間運動的模擬，目前已廣泛運用于軍事、航天航空、游戲娛樂、汽車制造等領(lǐng)域。其工作原理：下平臺固定，借助六支油缸的伸縮運動，完成上平臺在空間六個自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運動，從而可以模擬出各種空間運動姿態(tài)。六自由度運動平臺系統(tǒng)是由液壓站、工作平臺、伺服系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。液壓站包括泵組、蓄能器組、閥組、濾油器組、油箱、冷卻器組及附件等。工作平臺是由上平臺、下平臺、6個虎克鉸鏈、6個球鉸鏈及其他附件等組成。伺服系統(tǒng)包括伺服放大器、比例伺服閥、伺服油缸、位置傳感器、伺服電機等。電氣控制系統(tǒng)包括繼電器、按鈕、限位開關(guān)、熔斷器等電氣元件。在本次設(shè)計中，首先確定六自由度運動平臺系統(tǒng)的工作方式：由液壓站提供動力，使液壓缸運動，6個液壓缸并聯(lián)運動帶動工作平臺在空間6自由度的運動；位移傳感器將位移信號傳送給伺服控制系統(tǒng)，并轉(zhuǎn)換信號控制伺服閥的閥芯運動從而控制液壓油的流量，進而控制液壓缸的進給量與進給速度；設(shè)計電氣原理圖，控制整個系統(tǒng)的開關(guān)、報警、緊急制動等。本次設(shè)計完成內(nèi)容有：工作平臺的總設(shè)計：確定工作平臺的結(jié)構(gòu)并計算自由度確定結(jié)構(gòu)的合理性，再根據(jù)參數(shù)設(shè)計上平臺與下平臺的大小與結(jié)構(gòu)。根據(jù)計算，選定液壓缸的型號為：CK F/2080/56*0400C406AB1E3X1Z3。確定液壓原理圖，設(shè)計液壓站，計算相關(guān)參數(shù)并對相關(guān)零件進行選型，以及油箱、油箱蓋、閥塊的設(shè)計。確定伺服系統(tǒng)，根據(jù)計算，對相關(guān)零件進行選型。設(shè)計電氣原理圖，控制整個系統(tǒng)的開關(guān)、報警、緊急制動等。對油箱體理想化后進行有限元分析并得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：六自由度，液壓，六自由度液壓平臺，有限元分析，液壓站目 錄1 緒論 1 課題背景及意義 1 2 課題研究方案 32 總方案設(shè)計 5 5 5 8 8 控制系統(tǒng)設(shè)計 103 六自由度工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 11 12 134 液壓缸的選型 16 17 18 19 19 19 20 20 21 21 22 23 235 液壓站的設(shè)計 25 25 26 28 29 29 30 30 31 31 31 油箱的設(shè)計 32 油箱蓋的設(shè)計 346 伺服系統(tǒng)的設(shè)計 35 比例伺服閥的選型 35 先導式溢流閥的選型 36 伺服放大器的選型 38 位移傳感器的選型 387 電氣原理圖的設(shè)計 39 主電路的設(shè)計 39 控制電路的設(shè)計 408 有限元分析 42致 謝 46參考文獻 47可修改編輯精選資料1 緒論 課題背景及意義六自由度運動平臺是一種空間運動的模擬器，在其允許的工作范圍內(nèi)可完成任意空間運動的模擬，目前已廣泛運用于軍事、航天航空、游戲娛樂、汽車制造等領(lǐng)域。六自由度平臺的另一個重要發(fā)展方向，是作為微動機構(gòu)，物體在三維空間微小移動，仍具有小的動作空間，這種微動機構(gòu)正好發(fā)揮六自由度搖擺臺的特點，工作空間小,但精度和分辨率非常高。例如用在眼科手術(shù)中，治療視網(wǎng)膜靜脈閉，還有一種微動雙指并聯(lián)機構(gòu)，用于生物工程上的細微外科手術(shù)的細胞操作[1]。由于六自由度并聯(lián)機構(gòu)的應用日益廣泛,其領(lǐng)域不斷擴展。按平臺工作特性，可分為兩個方面的應用操作器與運動仿真。在國防軍事上，六自由度并聯(lián)機構(gòu)開始有著廣泛應用，但現(xiàn)代化武器裝備技術(shù)先進、價格昂貴的特點也越來越突出。一艘先進戰(zhàn)艦造價昂貴，若全部實裝訓練不僅耗資巨大，同時還大大縮短了戰(zhàn)艦的壽命。為解決這一難題，很多發(fā)達國家采用了花巨資研制模擬器的對策，并規(guī)定：裝備新武器，必須裝備相應的模擬器。美國于20世紀40年代就研制出第一臺飛行模擬器。六自由度并聯(lián)機構(gòu)在制造和應用上，一方面是技術(shù)水平的反映，另一方面也是有極高的軍事意義和經(jīng)濟意義。在民用領(lǐng)域方面的情況也是如此。六自由度并聯(lián)機構(gòu)除了在上述領(lǐng)域有極大的重視外，也在許多新興的領(lǐng)域引起廣泛的注意。如：航天對接模擬器，娛樂(當前國內(nèi)外一些游樂場都已有六自由度體感模擬器、太空穿梭機、動感電影、大航海體驗館等娛樂模擬器)，海上鉆井平臺和主動隔震等方面。由于六自由度并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點，可以預料到未來六自由度并聯(lián)機構(gòu)會廣泛應用到更多的領(lǐng)域。表11 平臺運用案例飛行模擬訓練器六自由度運動電動玩具多自由度運動銑床、鉆床、立式或臥式三軸切削中心平移運動機械起重機由于其二力桿的特性，可用來做需要高剛性的起重機力與力矩測量儀風動測試快速成型機由于其能夠在高加速的情況下提供高精度，可降低開發(fā)的時間輪胎測試旋轉(zhuǎn)及平移運動坦克駕駛訓練臺旋轉(zhuǎn)及平移運動管道噴漆機器人旋轉(zhuǎn)及平移運動手術(shù)用微型機器人利用其結(jié)構(gòu)簡單、剛性高的原理，可作出精巧的微型機器人醫(yī)用手術(shù)平臺可利用一個小的踏板來控制大的平臺運動目前，世界上研制六自由度平臺的國家較多，主要有加拿大、荷蘭、美國、英國、法國、日本、俄羅斯、德國等，大多用于飛機（包括民航客機、戰(zhàn)斗機和運輸機）模擬飛行訓練，在自行火炮、艦船、裝甲車輛等方面也有一些應用。早期研制的六自由度平臺系統(tǒng)主要用于軍事目的，例如美國五十年代開始研制的搖擺模擬臺就用于裝各海軍。用于空間對接機構(gòu)研究的六自由度半實物仿真實驗系統(tǒng)，以美國和俄羅斯的系統(tǒng)最具代表性，其大型液壓六自由度運動系統(tǒng)的性能，尤其是定位精度和頻率響應特性已達到這類系統(tǒng)的極高水平。近幾年來，六自由度平臺系統(tǒng)也被應用到工業(yè)甚至娛樂場所，如美國Ingersoll機床公司生產(chǎn)的并聯(lián)機床，美國Ford汽車公司研制的汽車行駛仿真器，德國Rexroth公司為德國奔馳汽車公司建造的大型汽車行駛模擬平臺等等。用于娛樂場所的六自由度游樂模擬平臺則是一種模擬運動載體特征，給人視覺、聽覺、觸覺以全方位真實感受的現(xiàn)代化新潮游樂設(shè)施，美國、日本等國家的一些著名游樂場所有六自由度UFO體感模擬臺、航空航海模擬臺，這是當代科技向游樂業(yè)滲透的產(chǎn)物。隨著6DOF并聯(lián)機構(gòu)研究的深入,對于自由度少于六的空間并聯(lián)機構(gòu)(稱為少自由度機構(gòu)),也引起許多學者的注意。加拿大著名學者Gosselin和Angeles提出了平面和球面三自由度并聯(lián)機器人的優(yōu)化設(shè)計問題。加拿大Laval大學用球面三自由度并聯(lián)機器人研制出了靈巧眼。Lee和Shah對空間三自由度并聯(lián)機器人進行了運動學和動力學分析。Clavel提出了并聯(lián)式三維移動機構(gòu)，即DELTA機器人,后來Tsai作了改進，發(fā)明了Tsai氏三維移動機構(gòu)，機構(gòu)簡單了許多。我國并聯(lián)機器人出現(xiàn)的較晚,起先出現(xiàn)在引進的6DOF飛行模擬器上。我國民航于1975年引進Beoing707,1988年引進MD82飛機飛行模擬器,1992年引進Beoing737和757飛機飛行模擬器,近年來還引進了最新的Beoing777飛機飛行模擬器,都用于民航飛行員的培訓。1984年北京航空模擬器技術(shù)聯(lián)合開發(fā)公司按照航空部“七五”預研課題計劃,開始研制6DOF并聯(lián)式飛行模擬器,三年后研制成功。現(xiàn)在該公司正進行國內(nèi)生產(chǎn)機型的飛機飛行模擬器的研制與生產(chǎn)。近幾年來我國的一些高等院校和科研院所也相繼投入人力物力。在微動器或稱作微動機構(gòu)研究方面,楊宜民教授等研制出仿生型直線驅(qū)動器,哈爾濱工業(yè)大學研制成了壓電陶瓷驅(qū)動的6DOF并聯(lián)微動機器人,其重復精度可達20納米；北京航空航天大學機器人所在自然科學基金資助下提出了用于微動操作的由兩個3DOF并聯(lián)機構(gòu)串聯(lián)而成“串并聯(lián)”機構(gòu)以及PPRS型并聯(lián)機構(gòu)微動機器人等；燕山大學1994年研制了基于并聯(lián)機構(gòu)的誤差補償器,將其安裝于機器人手腕處可以補償手臂的誤差；陳墾、李嘉等研究分析了6PSS型6DOF并聯(lián)微操作手的運動學和工作空間。另外天津大學與天津第一機床廠聯(lián)合研制了九桿三自由度并聯(lián)機床Linapod，沈陽自動化所研制了五自由度并聯(lián)機床樣機，哈爾濱工業(yè)大學和東北大學分別研制了以Stewart平臺為原型的6DOF并聯(lián)機床的樣機和帶有平行機構(gòu)的三自由度Stewart并聯(lián)機床樣機,燕山大學也在這方面作了一些基礎(chǔ)性工作。1999年6月在清華大學召開了我國第一屆并聯(lián)機器人與并聯(lián)機床設(shè)計理論與關(guān)鍵技術(shù)研討會，對并聯(lián)機床的發(fā)展現(xiàn)狀,未來趨勢以及亟待解決的問題進行了研討,對并聯(lián)機床在我國的發(fā)展起到了一定的促進作用?？傊?與國外相比,我國運動模擬器的研制工作起步較晚,以后由于種種原因又未能得到迅速發(fā)展,與國外的運動模擬技術(shù)相比還存在較大距離。因此目前面臨的任務是如何迎頭趕上技術(shù)先進國家并縮小與他們的距離。 課題研究方案（1） 課題主要參數(shù)表12 平臺技術(shù)參數(shù)載荷：平移速度：10mm/s15mm/s旋轉(zhuǎn)速度：176。/sX、Y軸平移范圍：300mm+300mmZ軸平移范圍：160mm+160mmX、Y軸旋轉(zhuǎn)范圍：20176。+20176。Z軸旋轉(zhuǎn)范圍：30176。+30176。（2）課題