【正文】 度,高精度和高的運(yùn)動(dòng)速度外,用變異機(jī)構(gòu)擴(kuò)大了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)范圍。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。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國并聯(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。、90186。其進(jìn)給速度已達(dá) 90m/min,加速度已達(dá) 2g,主軸功率為 30~45KW,24,000~30,000r/min,采用瑞士IBAG 公司電主軸、Siemens840D 數(shù)控系統(tǒng)和 Heidenhain 的測量系統(tǒng)。50181。瑞士技術(shù)院（ETH）、機(jī)床與制造技術(shù)院(IWF)和機(jī)器人院(IFR) 也聯(lián)合研制出了名為 IWF 的 Hexaglide 虛擬軸機(jī)床。虛擬軸機(jī)床在國外己出現(xiàn)的型式就有數(shù)十種之多，如 6SPS 平臺(tái)式、6SPS 球臺(tái)式、6PSS 立式、6PSS 上置式等等,又有不同參數(shù)比例的變化。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。近幾年來，六自由度平臺(tái)系統(tǒng)也被應(yīng)用到工業(yè)甚至娛樂場所，如美國 Ford 汽車公司研制的汽車行駛仿真器，美國 Ingersoll 機(jī)床公司生產(chǎn)的并聯(lián)機(jī)床，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(tái)等等。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。美國于 20 世紀(jì) 40 年代就研制出了第一臺(tái)飛行模擬器。按平臺(tái)的工作特性,可以分為兩個(gè)方面的應(yīng)用操作器和運(yùn)動(dòng)仿真。1997 年意大利研制出具有六個(gè)自由度的 Turin 并聯(lián)機(jī)構(gòu)。Stewart 機(jī)構(gòu)進(jìn)一步的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展到機(jī)床方面,即所謂的并聯(lián)機(jī)床,但不論是并聯(lián)機(jī)器人還是并聯(lián)機(jī)床,要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)精無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2確伺服控制是非常困難的,主要難點(diǎn)在于 Stewart 機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)極其控制方面蘊(yùn)涵的復(fù)雜性和大量的計(jì)算。此后 6DOF 并聯(lián)式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)己趨向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)階段。1965 年六自由度平臺(tái)是英國工程師 Stewart 于 1965 年在他的論文《A Platform with 6 degrees freedom》中作為一種六軸并聯(lián)式空間機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出的 ,稱為 Stewart 機(jī)構(gòu) [1]。可見用平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)室作運(yùn)動(dòng)模擬試驗(yàn)具有明顯的節(jié)能性、安全性、可控性、無破壞性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性和訓(xùn)練效率高等優(yōu)點(diǎn)對進(jìn)行艦船運(yùn)動(dòng)模擬技術(shù)研究具有重要意義。為平臺(tái)控制的進(jìn)一步改進(jìn)和完善奠定了基礎(chǔ)。 4．完善各個(gè)部分，撰寫設(shè)計(jì)說明書。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：1．查閱資料，了解國內(nèi)外多自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)等的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對應(yīng)。由于六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研制，涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、 計(jì)算機(jī)、傳感器，空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸處理、圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真等等一系列高科技領(lǐng)域，因而六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領(lǐng)域水平的標(biāo)志性象征。運(yùn)用虛 擬樣機(jī)技術(shù)，在 ADMAS 環(huán)境下，對六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真。通過六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用，可以在平臺(tái)控制總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成液壓伺服系統(tǒng)的建模工作,在 Matlab 軟件中對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析,將常規(guī) PID 控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的先進(jìn) PID 控制方法進(jìn)行對比,仿真結(jié)果表明基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 PID 控制方法對伺服系統(tǒng)具有良好的控制效果,同時(shí)也證明了電液伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性,將控制策略應(yīng)用于樣機(jī)平臺(tái),平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定,流暢。六自由度平臺(tái)可以進(jìn)行船舶運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究同時(shí)也是駕駛員航海訓(xùn)練的一種良好設(shè)備可以將艦載武器和設(shè)備儀器放在平臺(tái)上進(jìn)行陸地實(shí)驗(yàn)減少海上實(shí)驗(yàn)次數(shù)這樣就降低了實(shí)驗(yàn)成本和研究周期。 六自由度平臺(tái)發(fā)展及應(yīng)用上世紀(jì)年代末特別是年代以來并聯(lián)式機(jī)構(gòu)被廣為關(guān)注成為新的熱點(diǎn)由于六自由度平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)剛度大、承載能力強(qiáng)、位置精度高、哈爾濱工程大學(xué)碩十學(xué)位論文響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)而且可以靈活地實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度的三維空間運(yùn)動(dòng)。1974 年美國制定了空勤人員訓(xùn)練模擬器 6DOF 并聯(lián)式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)軍用標(biāo)準(zhǔn) MILSTD1588。Stewart 機(jī)構(gòu)在大功率裝配機(jī)器人、步行機(jī)器人、機(jī)器人手腕等方面得到進(jìn)步的發(fā)展。 1988 年 Merlet 教授提出了 INRIA 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的樣機(jī)。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。為解決這一難題,許多發(fā)達(dá)國家采取花巨資研制模擬器的對策,并規(guī)定凡：裝備新武器,必須裝備相應(yīng)的模擬器。六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)除了在上述領(lǐng)域得到極大的重視外,也在許多新興的領(lǐng)域引起廣泛的注意,如在航天對接模擬器,娛樂(當(dāng)前國內(nèi)外一些游樂場所已有六自由度體感模擬器、大航海體驗(yàn)館、太空穿梭機(jī)、動(dòng)感電影等娛樂模擬器),海上鉆井平臺(tái)以及主動(dòng)隔震等方面。用于空間對接機(jī)構(gòu)研究的六自由度半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以俄羅斯和美國的系統(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)到這類系統(tǒng)的極高水平。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)問題。 等人也在此方面進(jìn)行相應(yīng)的研究。其主要技術(shù)參數(shù)為工作臺(tái)直徑 710mm、行程范圍為直徑 305mm 的圓，Z 軸 178mm，最大進(jìn)給速度為，重 91kg。該公司展出的 Tricept845 加工中心,其體積定位精度達(dá)177。m,這兩個(gè)指標(biāo)距離傳統(tǒng)機(jī)床雖還有較大的差距,但對并聯(lián)機(jī)床已屬重大的突破,具有實(shí)用價(jià)值。、45186。,主軸無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4最高速度為 3000r/min,功率為 16KW,腿的最大進(jìn)給速度為 30m/min,加速度為 10m/s。現(xiàn)在該公司正進(jìn)行國內(nèi)生產(chǎn)機(jī)型的飛機(jī)飛行模擬器的研制與生產(chǎn)。1999 年 6 月在清華大學(xué)召開了我國第一屆并聯(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)，對并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀,未來趨勢以及亟待解決的問題進(jìn)行了研討,對并聯(lián)機(jī)床在我國的發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用。因此目前面臨的任務(wù)是如何迎頭趕上技術(shù)先進(jìn)國家并縮小與他們的距離。平臺(tái)有機(jī)械臺(tái)體、液壓系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制四個(gè)主要組成部分，其中機(jī)械臺(tái)體主要由上臺(tái)面、下基座、關(guān)節(jié)鉸鏈和伺服液壓缸組成。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證平臺(tái)工作過程中，出現(xiàn)人為的誤操作和系統(tǒng)發(fā)生故障是，所有機(jī)械部件不得出現(xiàn)機(jī)械干涉現(xiàn)象。這樣的機(jī)構(gòu)在并聯(lián)式多自由度機(jī)械裝置研究中又常常被稱為 Stewart 平臺(tái)。圖 為實(shí)驗(yàn)室樣子實(shí)物圖。由于電氣傳動(dòng)和其他形式相比，在高速、高精度、小型節(jié)能方面更能滿足并聯(lián)式機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的要求，因而在輕載情況下，國外的并聯(lián)式機(jī)構(gòu)多采用電氣傳動(dòng)。另一方面，液壓系統(tǒng)的油液能起到對運(yùn)動(dòng)部件潤滑的作用，并通過油液的流動(dòng)把熱量帶走，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自冷卻，以延長元件和系統(tǒng)的使用壽命。此次平臺(tái)采用了直接驅(qū)動(dòng)方式，避免了間接驅(qū)動(dòng)給機(jī)構(gòu)的控制所帶來的麻煩，易獲得較好的控制性能。其結(jié)構(gòu)形式均為單活塞桿雙作用耳環(huán)安裝式。（2）、液壓缸缸筒內(nèi)徑 D 的計(jì)算根據(jù)已知條件，工作最大負(fù)載 F=1500N，工作壓力 P= 可得液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定：已知： F=1500N, =，= =?4? ??查表得：D=40mm，d=32mm 則 2?無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8故必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算，要保證液壓缸工作面積 A 必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積 Amin又： 236in/ini 50min/????式中： —流量閥的最小穩(wěn)定流量，由設(shè)計(jì)要求給出。（4）、液壓缸壁厚的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。按照薄壁圓筒設(shè)計(jì)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算為： (該設(shè)計(jì)采用無縫鋼管)][2??DPy?~.??， 取MPa46?[ ]=100～110 （無縫鋼管），取[ ]=100??.????由計(jì)算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠，如在切削加工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。根據(jù)液壓缸螺紋連接的油口尺寸系列 [8]及 16MPa 小型系列單桿液壓缸油口安裝尺寸確定。因此設(shè)計(jì)密封時(shí)應(yīng)考慮的因素：1）用于微速運(yùn)動(dòng)（35mm/s）的場合時(shí)，不得有爬行，粘著滯澀現(xiàn)象。4）工作在諸如冶金、電力等工業(yè)部門的，更換密封要停產(chǎn)，會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，所以要求密封長壽命，伺服液壓缸要耐磨。8）伺服液壓缸的密封設(shè)計(jì)不能單獨(dú)進(jìn)行，要和支承導(dǎo)向設(shè)計(jì)統(tǒng)一進(jìn)行統(tǒng)籌安排。 由液壓缸裝配草圖確定：選用 63 G 一個(gè) 36 G 一個(gè)（2）動(dòng)密封的設(shè)計(jì)動(dòng)密封的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著伺服液壓缸性能的優(yōu)劣，其設(shè)計(jì)必須結(jié)合支承導(dǎo)向的設(shè)計(jì)統(tǒng)籌進(jìn)行。導(dǎo)向環(huán)的特點(diǎn)： 1）避免了金屬之間的接觸；2）具有高的徑向交荷承觸力；3）能補(bǔ)償邊界力；4）具有強(qiáng)耐磨性和高壽命；5）摩擦力小；6）能抑制機(jī)械振動(dòng)；7）有良好的防塵效果,不允許外界異物嵌入；8）保護(hù)密封件不受過分?jǐn)D壓；9）導(dǎo)向時(shí)即使無潤滑也沒有液動(dòng)力方面的問題；10）結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便；11）維修費(fèi)用小。防塵圈的選擇不當(dāng)，會(huì)引起摩擦力的增加，將保護(hù)活塞桿表面起潤滑作用的粘附性油膜層刮下來，造成粘附性滲漏，這種滲漏在原理上是允許的。缸筒和缸蓋的連接方式：法蘭連接；特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單、易加工、易裝卸，使用廣泛，外形尺寸大，重量大?；钊麠U（1）活塞桿的外端結(jié)構(gòu)活塞桿外端與負(fù)重連接，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)工作要求而定。活塞桿導(dǎo)向套活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿腔一側(cè)的端蓋內(nèi)，用來對活塞桿導(dǎo)向，其內(nèi)側(cè)裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性。當(dāng)停止位置不要求十分準(zhǔn)確時(shí)，可在回路中設(shè)置減速閥和制動(dòng)閥，也可以在缸的末端設(shè)置緩沖裝置。5.?? KWqPp ???查手冊，選用 Y90S4 型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為 ，額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min。（這一項(xiàng)通過 PLC 控制） ㈣、油缸處于正向工作狀態(tài)的時(shí)候，濾油器可以對液壓油進(jìn)行過濾。接線圖 2：六自由度液壓運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的自動(dòng)控制19圖 接線圖 2接線圖 3：圖 接線圖 3無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20 PLC 程序指令：①、選擇活塞速度圖 選擇活塞速度 PLC 指令圖②、選擇是否自動(dòng)回程圖 選擇是否自動(dòng)回程 PLC 指令圖③、選擇油泵工作是否有效如果油泵有效，意味著溢流閥保持在 4MP六自由度液壓運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的自動(dòng)控制21圖 選擇油泵工作是否優(yōu)先 PLC 指令圖④、正向運(yùn)行圖 正向運(yùn)行 PLC 指令圖⑤、負(fù)向運(yùn)行無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22圖 負(fù)向運(yùn)行 PLC 指令圖⑥、急停無論正向還是負(fù)向運(yùn)行，都會(huì)立即停止。整個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由控制計(jì)算機(jī)、作動(dòng)器、液壓泵站、控制板卡和各類接口、現(xiàn)場總線、傳感器等組成,總體結(jié)構(gòu)如圖 所示。模擬出與與操作相匹配的上平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的同時(shí),將信號(hào)放大。本文研究的機(jī)構(gòu)采用的是 MOOG 二級電液伺服閥。PID 是按偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D) 組合而成的控制規(guī)律。然后反復(fù)調(diào)試整定,確定 Kp 的值為 20。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法具有很強(qiáng)的非線性映射能力,不需要事先了解描述這種映射關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與 PID 控制相結(jié)合,即在常規(guī) PID 控制的基礎(chǔ)上增加一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線調(diào)整 PID 參數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況調(diào)節(jié) PID 參數(shù),使輸出層對應(yīng)的三個(gè)參數(shù)通過自學(xué)習(xí)、權(quán)系數(shù)調(diào)整,不斷趨于最優(yōu)。通過網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、權(quán)系數(shù)調(diào)整,使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)某種最優(yōu)控制規(guī)律下的 PID 控制參數(shù)。 ??xexf???tan（4）式(4)能將神經(jīng)元的輸入范圍從(], +])映射到(1, +1)的范圍內(nèi)。將 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID 算法嵌入到控制系統(tǒng)中。六自由度液壓運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的自動(dòng)控制29圖 兩種方法所對應(yīng)的階躍響應(yīng)從仿真曲線可以看出,傳統(tǒng)的常規(guī) PID 與基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的 PID 控制效果相比較,從系統(tǒng)的上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量等指標(biāo)來看,基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)優(yōu)化要非常明顯的優(yōu)于常規(guī)的 PID 控制。仿真模型的建立和模擬現(xiàn)實(shí)條件是虛擬樣機(jī)的重要基礎(chǔ)。6 根變長支桿采用鉸接在上、下平臺(tái)之間的液壓缸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。鉸接元件，采用萬向節(jié)鉸接設(shè)計(jì)。 虛擬樣機(jī)的建立與仿真SW 是美國 SolidWorks 公司生產(chǎn)的完全基于 NT／Windows 平臺(tái)的集三維機(jī)械設(shè)計(jì)(CAD)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析和結(jié)構(gòu)有限元分析(CAE)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、大型企業(yè)管理(PDM)等各種功能為一體的軟件。通過建立虛擬仿真環(huán)境進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究，可以降低實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)效率。根據(jù)部件的形狀和尺寸，在 SolidWorks 軟件的零件模塊中利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等特征創(chuàng)建方式建立各個(gè)零件的模型。所以要經(jīng)過精確空間位置計(jì)算，利用構(gòu)建輔助線、輔助面、拉伸等方法完成建模。六自由度液壓運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的自動(dòng)控制33圖 部分零件分組裝配圖 自底而上的裝配過程為了便于運(yùn)動(dòng)分析，按照運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行部件裝配，即按照部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行分組，如液壓缸體和位移傳感器裝配