并联六自由度运动平台机构动力学分析

论文编号:JX853  论文字数:11739.页数:46   附图

摘     要
 六自由度运动模拟器是对飞机、舰船、宇航和车载设备等进行动态性能和可靠性研究的模拟试验装置，也是相应飞行员、船员及车辆驾驶员进行飞行模拟训练、舰船航行模拟训练和车辆驾驶模拟训练的有力手段。随着国内外研究的深入，其应用范围不断扩大，今天的六自由度运动模拟器在汽车制造领域、航空航天领域、船舶、机器人、工业及民用娱乐领域都有广阔的应用。
 本文对六自由度运动模拟器运动学和动力学进行了分析。运动学主要针对机构位置分析，包括机构位置反解分析和位置正解分析，台体运动参数的确定和液压缸速度及加速度的计算。本文应用矩阵分析和齐次坐标变换建立了六自由度并联平台的运动学模型，对平台运动的速度和加速度进行了分析;通过分析液压驱动六自由度运动平台的运动学,给出了系统各部件的速度、加速度之间的关系。利用雅克比矩阵将各部分惯量影响投影到平台广义速度方向,运用凯恩方程建立了考虑支链液压缸惯性影响的系统完整的动力学模型。由动力学模型计算出平台在以不同的姿态运动时各支链的受力情况,为并联运动平台的设计优化以及动态分析提供了基础。最后运用MATLAB软件对六自由度平台进行了仿真分析。

关键词：并联 六自由度平台 动力学

Dynamics Analysis of a Six-degree-of-freedom Parallel Platform

Abstract
 The 6-DOF motion simulator is a test equipment which can be used to study dynamic performance and reliability of airplane, vessel, space flight, vehicle and so on. It also can be used to train pilot, sailor and vehicle driver. With the deep research of scientists, its application field becomes more and more wide. Now the range of its application is expanding continuously with extensive prospect on the fiel dof auto motive industry, aviation, space flight, shipping, vehicle, robot, machine-tool industry and amusement.
 This paper studies the kinematics analysis and dynamics analysis of the 6-DOF motion simulator. Kinematics analysis mainly studies the position analysis, and how to calculate the pose of the platform, and how to calculate the velocity and acceleration of the actuator. It applies the mathematic model of the 6-DOF parallel platform with matrix analysis and homogeneous transformation，and analyzes the velocity and the acceleration of the Platform; The relationship between velocity and acceleration of various components of an electro-hydrau-lically driven parallel platform is presented through analyzing its kinematics. Through projecting the inertia of the components to the velocity direction of the platform by using Jacobian matrices, the complete dy- namics model with actuators inertia considered is derived from Kane′s equation. The dynamic model can compute the force acted on the actuators and caused by the motion of the platform, which provides the ba-sis for design optimization and dynamic analysis of the parallel platform. Finally, the use of MATLAB software platform of six degrees of freedom simulation analysis.
 
Keywords：Parallel；Six-degree Platform；Dynamics；
目  录
摘     要 i
英文摘要 ii
目  录 iii
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2六自由度运动平台发展现状 2
1.3六自由度运动平台的应用 3
1.4六自由度运动平台国内外研究动态 6
1.4.1六自由度运动平台人国外研究动态 6
1.4.2六自由度运动平台人国内研究动态 6
1.5六自由度运动平台理论研究分析 7
1.5.1运动学 7
1.5.2动力学 8
1.5.3控制策略 9
1.6六自由度运动平台深入研究分析 9
第二章 六自由度并联机构运动平台结构简介 13
2.1六自由度运动平台结构简介 13
2.2六自由度运动平台的结构特点 14
2.3六自由度运动平台的结构参数和工作原理 16
2.3.1基本参数配置要求 16
2.3.2运动参数要求 17
第三章六自由度运动平台的坐标系建立 18
3.1坐标系的建立 18
3.2坐标转换矩阵 19
3.3平台位置反解 21
3.4质心运动规律和控制点运动规律 21
第四章 六自由度运动平台动力学分析和铰点速度、加速度计算 24
5.1动力学分析 24
5.2速度分析 26
5.3加速度分析 27
第五章 运用MATLAB SIMULINK对六自由度运动平台进行仿真分析 30
6.1 MATLAB的简介 30
6.2 MATLAB的特点 30
6.3 运用MATLAB对六自由度运动平台进行仿真 30
6.3.1仿真原理 30
6.3.2 摇臂轨迹模块 31
6.3.3 控制模块 32
6.3.4 平台模块 33
6.3.5 平台位置传感器模块和结果显示 35
6.3.6 实际参数输入的仿真结果 37
第六章 结论 40
致  谢 41
参考文献 42