【正文】 精選資料摘 要六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是一種空間運(yùn)動(dòng)的模擬器，在其允許的工作范圍內(nèi)可完成任意空間運(yùn)動(dòng)的模擬，目前已廣泛運(yùn)用于軍事、航天航空、游戲娛樂(lè)、汽車(chē)制造等領(lǐng)域。其工作原理：下平臺(tái)固定，借助六支油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成上平臺(tái)在空間六個(gè)自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)是由液壓站、工作平臺(tái)、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(tái)是由上平臺(tái)、下平臺(tái)、6個(gè)虎克鉸鏈、6個(gè)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(jī)等。電氣控制系統(tǒng)包括繼電器、按鈕、限位開(kāi)關(guān)、熔斷器等電氣元件。在本次設(shè)計(jì)中，首先確定六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)的工作方式：由液壓站提供動(dòng)力，使液壓缸運(yùn)動(dòng)，6個(gè)液壓缸并聯(lián)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工作平臺(tái)在空間6自由度的運(yùn)動(dòng)；位移傳感器將位移信號(hào)傳送給伺服控制系統(tǒng)，并轉(zhuǎn)換信號(hào)控制伺服閥的閥芯運(yùn)動(dòng)從而控制液壓油的流量，進(jìn)而控制液壓缸的進(jìn)給量與進(jìn)給速度；設(shè)計(jì)電氣原理圖，控制整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)、報(bào)警、緊急制動(dòng)等。本次設(shè)計(jì)完成內(nèi)容有：工作平臺(tái)的總設(shè)計(jì)：確定工作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)并計(jì)算自由度確定結(jié)構(gòu)的合理性，再根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)上平臺(tái)與下平臺(tái)的大小與結(jié)構(gòu)。根據(jù)計(jì)算，選定液壓缸的型號(hào)為：CK F/2080/56*0400C406AB1E3X1Z3。確定液壓原理圖，設(shè)計(jì)液壓站，計(jì)算相關(guān)參數(shù)并對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行選型，以及油箱、油箱蓋、閥塊的設(shè)計(jì)。確定伺服系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算，對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行選型。設(shè)計(jì)電氣原理圖，控制整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)、報(bào)警、緊急制動(dòng)等。對(duì)油箱體理想化后進(jìn)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(tái)，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(jì) 5 5 5 8 8 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 103 六自由度工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jì) 25 25 26 28 29 29 30 30 31 31 31 油箱的設(shè)計(jì) 32 油箱蓋的設(shè)計(jì) 346 伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 35 比例伺服閥的選型 35 先導(dǎo)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(jì) 39 主電路的設(shè)計(jì) 39 控制電路的設(shè)計(jì) 408 有限元分析 42致 謝 46參考文獻(xiàn) 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(yùn)動(dòng)平臺(tái)是一種空間運(yùn)動(dòng)的模擬器，在其允許的工作范圍內(nèi)可完成任意空間運(yùn)動(dòng)的模擬，目前已廣泛運(yùn)用于軍事、航天航空、游戲娛樂(lè)、汽車(chē)制造等領(lǐng)域。六自由度平臺(tái)的另一個(gè)重要發(fā)展方向，是作為微動(dòng)機(jī)構(gòu)，物體在三維空間微小移動(dòng)，仍具有小的動(dòng)作空間，這種微動(dòng)機(jī)構(gòu)正好發(fā)揮六自由度搖擺臺(tái)的特點(diǎn)，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(dòng)雙指并聯(lián)機(jī)構(gòu)，用于生物工程上的細(xì)微外科手術(shù)的細(xì)胞操作[1]。由于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛,其領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。按平臺(tái)工作特性，可分為兩個(gè)方面的應(yīng)用操作器與運(yùn)動(dòng)仿真。在國(guó)防軍事上，六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)開(kāi)始有著廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)代化武器裝備技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格昂貴的特點(diǎn)也越來(lái)越突出。一艘先進(jìn)戰(zhàn)艦造價(jià)昂貴，若全部實(shí)裝訓(xùn)練不僅耗資巨大，同時(shí)還大大縮短了戰(zhàn)艦的壽命。為解決這一難題，很多發(fā)達(dá)國(guó)家采用了花巨資研制模擬器的對(duì)策，并規(guī)定：裝備新武器，必須裝備相應(yīng)的模擬器。美國(guó)于20世紀(jì)40年代就研制出第一臺(tái)飛行模擬器。六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在制造和應(yīng)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(jì)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(jī)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(duì)接模擬器，娛樂(lè)(當(dāng)前國(guó)內(nèi)外一些游樂(lè)場(chǎng)都已有六自由度體感模擬器、太空穿梭機(jī)、動(dòng)感電影、大航海體驗(yàn)館等娛樂(lè)模擬器)，海上鉆井平臺(tái)和主動(dòng)隔震等方面。由于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)料到未來(lái)六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)會(huì)廣泛應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。表11 平臺(tái)運(yùn)用案例飛行模擬訓(xùn)練器六自由度運(yùn)動(dòng)電動(dòng)玩具多自由度運(yùn)動(dòng)銑床、鉆床、立式或臥式三軸切削中心平移運(yùn)動(dòng)機(jī)械起重機(jī)由于其二力桿的特性，可用來(lái)做需要高剛性的起重機(jī)力與力矩測(cè)量?jī)x風(fēng)動(dòng)測(cè)試快速成型機(jī)由于其能夠在高加速的情況下提供高精度，可降低開(kāi)發(fā)的時(shí)間輪胎測(cè)試旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動(dòng)坦克駕駛訓(xùn)練臺(tái)旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動(dòng)管道噴漆機(jī)器人旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動(dòng)手術(shù)用微型機(jī)器人利用其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性高的原理，可作出精巧的微型機(jī)器人醫(yī)用手術(shù)平臺(tái)可利用一個(gè)小的踏板來(lái)控制大的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)目前，世界上研制六自由度平臺(tái)的國(guó)家較多，主要有加拿大、荷蘭、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本、俄羅斯、德國(guó)等，大多用于飛機(jī)（包括民航客機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)和運(yùn)輸機(jī)）模擬飛行訓(xùn)練，在自行火炮、艦船、裝甲車(chē)輛等方面也有一些應(yīng)用。早期研制的六自由度平臺(tái)系統(tǒng)主要用于軍事目的，例如美國(guó)五十年代開(kāi)始研制的搖擺模擬臺(tái)就用于裝各海軍。用于空間對(duì)接機(jī)構(gòu)研究的六自由度半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以美國(guó)和俄羅斯的系統(tǒng)最具代表性，其大型液壓六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的性能，尤其是定位精度和頻率響應(yīng)特性已達(dá)到這類(lèi)系統(tǒng)的極高水平。近幾年來(lái)，六自由度平臺(tái)系統(tǒng)也被應(yīng)用到工業(yè)甚至娛樂(lè)場(chǎng)所，如美國(guó)Ingersoll機(jī)床公司生產(chǎn)的并聯(lián)機(jī)床，美國(guó)Ford汽車(chē)公司研制的汽車(chē)行駛仿真器，德國(guó)Rexroth公司為德國(guó)奔馳汽車(chē)公司建造的大型汽車(chē)行駛模擬平臺(tái)等等。用于娛樂(lè)場(chǎng)所的六自由度游樂(lè)模擬平臺(tái)則是一種模擬運(yùn)動(dòng)載體特征，給人視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以全方位真實(shí)感受的現(xiàn)代化新潮游樂(lè)設(shè)施，美國(guó)、日本等國(guó)家的一些著名游樂(lè)場(chǎng)所有六自由度UFO體感模擬臺(tái)、航空航海模擬臺(tái)，這是當(dāng)代科技向游樂(lè)業(yè)滲透的產(chǎn)物。隨著6DOF并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究的深入,對(duì)于自由度少于六的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)(稱(chēng)為少自由度機(jī)構(gòu)),也引起許多學(xué)者的注意。加拿大著名學(xué)者Gosselin和Angeles提出了平面和球面三自由度并聯(lián)機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。加拿大Laval大學(xué)用球面三自由度并聯(lián)機(jī)器人研制出了靈巧眼。Lee和Shah對(duì)空間三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。Clavel提出了并聯(lián)式三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)，即DELTA機(jī)器人,后來(lái)Tsai作了改進(jìn)，發(fā)明了Tsai氏三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單了許多。我國(guó)并聯(lián)機(jī)器人出現(xiàn)的較晚,起先出現(xiàn)在引進(jìn)的6DOF飛行模擬器上。我國(guó)民航于1975年引進(jìn)Beoing707,1988年引進(jìn)MD82飛機(jī)飛行模擬器,1992年引進(jìn)Beoing737和757飛機(jī)飛行模擬器,近年來(lái)還引進(jìn)了最新的Beoing777飛機(jī)飛行模擬器,都用于民航飛行員的培訓(xùn)。1984年北京航空模擬器技術(shù)聯(lián)合開(kāi)發(fā)公司按照航空部“七五”預(yù)研課題計(jì)劃,開(kāi)始研制6DOF并聯(lián)式飛行模擬器,三年后研制成功?，F(xiàn)在該公司正進(jìn)行國(guó)內(nèi)生產(chǎn)機(jī)型的飛機(jī)飛行模擬器的研制與生產(chǎn)。近幾年來(lái)我國(guó)的一些高等院校和科研院所也相繼投入人力物力。在微動(dòng)器或稱(chēng)作微動(dòng)機(jī)構(gòu)研究方面,楊宜民教授等研制出仿生型直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器,哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的6DOF并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人,其重復(fù)精度可達(dá)20納米；北京航空航天大學(xué)機(jī)器人所在自然科學(xué)基金資助下提出了用于微動(dòng)操作的由兩個(gè)3DOF并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成“串并聯(lián)”機(jī)構(gòu)以及PPRS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)微動(dòng)機(jī)器人等；燕山大學(xué)1994年研制了基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的誤差補(bǔ)償器,將其安裝于機(jī)器人手腕處可以補(bǔ)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(yùn)動(dòng)學(xué)和工作空間。另外天津大學(xué)與天津第一機(jī)床廠(chǎng)聯(lián)合研制了九桿三自由度并聯(lián)機(jī)床Linapod，沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制了五自由度并聯(lián)機(jī)床樣機(jī)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)和東北大學(xué)分別研制了以Stewart平臺(tái)為原型的6DOF并聯(lián)機(jī)床的樣機(jī)和帶有平行機(jī)構(gòu)的三自由度Stewart并聯(lián)機(jī)床樣機(jī),燕山大學(xué)也在這方面作了一些基礎(chǔ)性工作。1999年6月在清華大學(xué)召開(kāi)了我國(guó)第一屆并聯(lián)機(jī)器人與并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研討會(huì)，對(duì)并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀,未來(lái)趨勢(shì)以及亟待解決的問(wèn)題進(jìn)行了研討,對(duì)并聯(lián)機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用?？傊?與國(guó)外相比,我國(guó)運(yùn)動(dòng)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(guó)外的運(yùn)動(dòng)模擬技術(shù)相比還存在較大距離。因此目前面臨的任務(wù)是如何迎頭趕上技術(shù)先進(jìn)國(guó)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(tái)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