六自由度汽車駕駛運(yùn)動(dòng)模擬器設(shè)計(jì)

百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我摘要汽車駕駛模擬器是一種用于汽車產(chǎn)品開發(fā)、“人一車一環(huán)境”交通特性研究或駕駛培訓(xùn)的重要工具。近年來，由于具有安全性高、再現(xiàn)性好、可開發(fā)性強(qiáng)、成本低等顯著特點(diǎn)，研究開發(fā)駕駛模擬器已經(jīng)成為國內(nèi)外一個(gè)重要發(fā)展方向。本文在查閱國內(nèi)外大量資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合老師的研究課題主要對六自由度汽車駕駛模擬器液壓系統(tǒng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。六自由度汽車運(yùn)動(dòng)模擬器采用液壓伺服閥控制液壓缸來驅(qū)動(dòng)模擬平臺的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)汽車駕駛模擬器運(yùn)動(dòng)姿態(tài)模擬。本文主要進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)、液壓泵站設(shè)計(jì)和液壓缸的設(shè)計(jì)等。通過模擬器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合電氣系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車在不同運(yùn)行狀態(tài)的模擬，當(dāng)駕駛員坐在駕駛艙系統(tǒng)的座椅上進(jìn)行模擬駕駛時(shí)，完全能夠感受到實(shí)際汽車駕駛的各種體感，為實(shí)車訓(xùn)練駕駛提供了可替代的模擬平臺；本設(shè)計(jì)也為今后的進(jìn)一步研究及其在娛樂模擬器、動(dòng)感電影等產(chǎn)業(yè)的實(shí)際推廣和應(yīng)用方面奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：汽車駕駛模擬器六自由度運(yùn)動(dòng)平臺液壓伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)控制百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我AbstractTheAutomobile-drivingianimportanttoolwhichusedforthedevelopmentofautomobileproductandthestudyofthetransportationcharacteristicsof“man-car-environment”orthedrivertraining.Inrecentyears,thestudyoftheautomobile-drivingsimulatorusedfordevelopmenthasbecomeanimportantdevelopmentdirectionintheworldbecauseofthenotablecharacteristicsofhighsafety,wellreappearanceofscene,easytodevelopandlowcost.Thisarticleisbasedonsearchingthelargequantityofinformationaboutathomeandabroad,andcombineswiththeteacher,sresearchtaskwhichmainlydesignsthepartof6-dofdrivingSimulatorofhydraulicsystem.The6-dofmotionsimulatoradoptsvalvesofhydraulicservotocontrolactuatortodrivethemovementofdrivingsimulationplatform,andtoachievethemovementposturesimulationoftheautomobiledrivingsimulator.Thisarticleismainlyaboutthedesigningofmachine,thesystemofhydraulicservo,hydraulicpumpstation,andactuatorandsoon.Keywords:Accordingtothedesigningofagenciesofsimulatorandhydraulicservosystem,itcancombinestheelectricalsystemwhichcanbringouttheimitationofcarsindifferentmovementconditions,whenthedriversimulatingdriveontheseatofcockpitsystem,youcanfeelthefeelingofdrivingatruecar,anditalsoofferthesimulatorplatformwhichcanbereplacedfortruedrivingtraining.Atthesametime,thisdesigningisalsoestablishesforthefurtherresearchesandthepracticeextensionanduse.Keywords:Driving-automobilesimulator,6-dofofmotionplatform,thesystemofhydraulicservo,thecontrolofcampaignattitude百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我目錄TOC\o"1-5"\h\z1緒論 1弓|言 1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2國內(nèi)外研究和發(fā)展概述 2駕駛模擬器的應(yīng)用和發(fā)展 3課題任務(wù) 5\o"CurrentDocument"論文的主要研究內(nèi)容 5\o"CurrentDocument"2運(yùn)動(dòng)學(xué)及力學(xué)分析 6六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)位置反解 6坐標(biāo)系的建立 6廣義坐標(biāo)定義 6坐標(biāo)變換矩陣 7液壓缸鉸支點(diǎn)坐標(biāo)的確定 8位置反解 10六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)位置正解 11靜力學(xué)分析 113機(jī)械及液壓部分設(shè)計(jì) 12運(yùn)動(dòng)模擬平臺的設(shè)計(jì) 12液壓缸內(nèi)壁D活塞桿直徑d的計(jì)算 12液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 14缸蓋壁厚的確定 14液壓缸工作行程的確定 15缸體長度的確定 15液壓系統(tǒng)的計(jì)算 15液壓泵站 17鉸鏈的設(shè)計(jì) 18執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元組成 21電液伺服控制單元與液壓系統(tǒng) 22反饋單元 23\o"CurrentDocument"4電氣部分設(shè)計(jì) 24電氣原理及接口設(shè)計(jì) 24\o"CurrentDocument"MCS-51系列單片機(jī)的引腳及其功能 24單個(gè)電液伺服液壓缸位置控制電路設(shè)計(jì) 26\o"CurrentDocument"擴(kuò)展電路 26電氣原理圖 27\o"CurrentDocument"5結(jié)論 28本文結(jié)論 28\o"CurrentDocument"本文研究工作的不足 28參考文獻(xiàn) 29致謝 30百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我1緒論引言駕駛模擬器是一種用于汽車產(chǎn)品開發(fā)、“人一車一環(huán)境”交通特性研究或駕駛培訓(xùn)的重要工具。由于具有安全性高、再現(xiàn)性好、可開發(fā)性強(qiáng)、成本低等顯著特點(diǎn)，近年來，研究開發(fā)型駕駛模擬器已成為國際上的一個(gè)重要發(fā)展方向。駕駛模擬器一般由硬件和軟件兩部分組成。以計(jì)算機(jī)成像的大型模擬器為例，其硬件系統(tǒng)一般包括駕駛艙、計(jì)算機(jī)、投射儀、顯示屏、運(yùn)動(dòng)液壓系統(tǒng)等，軟件系統(tǒng)包括道路環(huán)境的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)畫生成，汽車行駛動(dòng)態(tài)仿真，聲響模擬，網(wǎng)絡(luò)控制，操作平臺等。基本原理是由安裝在駕駛艙的傳感器將駕駛員的操縱信號傳遞到主控計(jì)算機(jī)，由主控計(jì)算機(jī)中的汽車模型軟件計(jì)算出車輛瞬間的運(yùn)動(dòng)位置及姿態(tài)，再將車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)不斷地傳到計(jì)算機(jī)圖形工作站，由圖像軟件生成對應(yīng)的連續(xù)變化的道路視景圖，最后再由投射儀將視景圖投射到駕駛艙正前方的屏幕上，以此同時(shí)，由主控計(jì)算機(jī)控制液壓系統(tǒng)，使駕駛艙產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)，并模擬汽車噪聲，給駕駛員一個(gè)接近真實(shí)的駕車感覺。這種模擬器規(guī)模大、造價(jià)高，主要用于汽車新產(chǎn)品的開發(fā)。如Daimler-Benz公司80年代建成的具有六個(gè)自由度的世界上規(guī)模最大的模擬器、美國交通部93年在IOWA大學(xué)建立的大型駕駛模擬器、我國吉林大學(xué)汽車動(dòng)態(tài)模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)實(shí)97年研制的我國第一臺大型駕駛模擬器ADSL等。另外一種模擬器規(guī)模比較小，有的采用了靜止的駕駛艙，極大地降低了成本。這類模擬器主要用于道路交通的研究，在歐洲和日本應(yīng)用比較多。如日本大板產(chǎn)業(yè)大學(xué)通過近30年的研究、不斷開發(fā)完善的用于駕駛員行為研究的小型液壓式駕駛模擬器、瑞典VDI80年代投資建成的具有大的側(cè)向位移的駕駛模擬器、日本汽車研究所(1人區(qū)1)93年建成的帶有體感模擬系統(tǒng)的駕駛模擬器，英國利茲大學(xué)1997年開發(fā)成功的固定式汽車駕駛模擬器等。還有一種駕駛模擬器更為簡單，只是用于駕駛培訓(xùn)。國內(nèi)外都有較多產(chǎn)品。這種模擬器一般不能進(jìn)行二次開發(fā)，因而不能用于研究。研究型的汽車駕駛模擬器主要應(yīng)用于汽車動(dòng)力學(xué)研究和道路交通問題的研究兩個(gè)方面。一般說來，大型模擬器主要用于汽車動(dòng)力學(xué)性能的研究；而中小型模擬器，更多的是用于研究道路交通問題。近年來，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的迅速發(fā)展，在汽車駕駛模擬系統(tǒng)開發(fā)的過程中引入了虛擬百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自1989年美國計(jì)算機(jī)科學(xué)家JaronLanier提出后，發(fā)展十分迅速，并廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、自動(dòng)控制、醫(yī)療康復(fù)、教育娛樂等各個(gè)領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)的本質(zhì)是客觀事物在計(jì)算機(jī)上的一種仿真實(shí)現(xiàn)，”是一種由計(jì)算機(jī)全部或部分生成的多維感覺環(huán)境，給參與者產(chǎn)生各種感官信息，如視覺、聽覺、觸覺等，使參與者有身臨其境的感覺，能體驗(yàn)、接受和認(rèn)識客觀世界中的客觀事物”，虛擬現(xiàn)實(shí)具有“沉浸(Immersion)—交互(Interaction)一構(gòu)想(Imagination)”三個(gè)基本特征。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于汽車駕駛模擬系統(tǒng)中，就是通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生汽車行駛過程中的虛擬視景、音響效果和運(yùn)動(dòng)仿真，使駕駛員沉浸到虛擬駕駛環(huán)境中，并有實(shí)車駕駛的感覺，駕駛員根據(jù)虛擬駕駛環(huán)境提供的視覺、聽覺、觸覺感受，構(gòu)想其駕駛動(dòng)作，操縱模擬駕駛艙中的操縱機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)根據(jù)駕駛員的操作狀態(tài)，改變汽車在虛擬環(huán)境中的狀態(tài)，其過程的不斷循環(huán)，構(gòu)成駕駛員一虛擬駕駛環(huán)境之間的交互作用，實(shí)現(xiàn)汽車的虛擬駕駛，從而體驗(yàn)、認(rèn)識和學(xué)習(xí)現(xiàn)實(shí)世界中的汽車駕駛?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的汽車駕駛模擬系統(tǒng)極大地提高了系統(tǒng)的主動(dòng)性、交互性和沉浸感等性能，給駕駛員更逼真的駕駛環(huán)境，對駕駛模擬器的各種應(yīng)用提供了更為逼真的效果。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外研究和發(fā)展概述早在七十年代，美國等一些發(fā)達(dá)國家就把汽車駕駛仿真系統(tǒng)作為一種較為先進(jìn)的汽車仿真工具廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)、車輛和交通評價(jià)以及作為駕駛員培訓(xùn)工具應(yīng)用于駕駛員培訓(xùn)中心。因此，不僅一些高等院校開發(fā)駕駛模擬系統(tǒng)，很多著名的汽車公司也投巨資開發(fā)駕駛模擬系統(tǒng)。這些模擬系統(tǒng)主要是面向產(chǎn)品開發(fā)和性能評價(jià)的，因而技術(shù)先進(jìn)，造價(jià)也相對較高。例如，1985年奔馳汽車公司首先建立了世界上規(guī)模最大的具有六個(gè)自由度的模擬器，并成功的應(yīng)用于系列化高速轎車的開發(fā)中。瑞典的VDI也投資建立了規(guī)模較小的駕駛模擬器，用于車輛和交通系統(tǒng)的評價(jià)和開發(fā)。位于美國鹽湖城的I-Sim公司開發(fā)了主要用于卡車和大型車輛司機(jī)駕駛訓(xùn)練的駕駛模擬器。美國的Hyperion公司開發(fā)了包括VRS(VectionRealitySystem)系統(tǒng)在內(nèi)的可以應(yīng)用于車輛交通研究和駕駛訓(xùn)練應(yīng)用的多個(gè)系列的模擬器。在國內(nèi)，為改變我國駕駛訓(xùn)練的落后狀況，我國曾先后引進(jìn)了一些國外的駕駛模擬器，如由美國多輪公司進(jìn)口的L-300被動(dòng)式汽車駕駛模擬系統(tǒng)是比較有代表性的設(shè)備。但由于早期設(shè)備大多為被動(dòng)式，并且不太適合我國的實(shí)際情況。同時(shí)又由于設(shè)備價(jià)格較貴，難以在國內(nèi)推廣使用。百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我在這種情況下，我國也有一些公司開發(fā)了駕駛模擬系統(tǒng)，但大多數(shù)仍然是被動(dòng)式的；有些產(chǎn)品雖然已經(jīng)是主動(dòng)式的，但由于早期選用的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境落后，難以真正實(shí)現(xiàn)三維圖形技術(shù)，有速度慢、真實(shí)感差、系統(tǒng)升級困難等難以克服的缺點(diǎn)，因而難以形成推廣規(guī)模。近年來，由于技術(shù)水平的發(fā)展，國內(nèi)有許多家單位又開始了駕駛模擬器的研制和推廣，主要集中在大專院校和科研院所。與此同時(shí)，與汽車駕駛模擬器的發(fā)展?fàn)顩r相似，國內(nèi)對航海船舶模擬器、飛行模擬器、特種車輛（如坦克）駕駛模擬裝置等的開發(fā)也都進(jìn)入了一個(gè)新的階段。而這些領(lǐng)域內(nèi)的模擬裝置在很多技術(shù)上都有共同點(diǎn)，可以相互借鑒，例如這些模擬裝置都采用相同的開發(fā)技術(shù)和開發(fā)工具來實(shí)現(xiàn)其虛擬場景和控制的模擬；系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)流程也都類似。在所有這些因素的帶動(dòng)下，越來越多的業(yè)內(nèi)人士已經(jīng)認(rèn)識到模擬裝置的重要性，并在此領(lǐng)域內(nèi)作了很多卓有成效的工作。在國內(nèi)較早進(jìn)行駕駛訓(xùn)練模擬器工程開發(fā)和商業(yè)應(yīng)用的有中國航空精密機(jī)械研究所、吉林大學(xué)、南京大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、解放軍汽車指揮學(xué)院、華中理工大學(xué)等。吉林大學(xué)汽車動(dòng)態(tài)模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在郭孔輝院士的領(lǐng)導(dǎo)下，從八十年代開始進(jìn)行汽車駕駛仿真相關(guān)領(lǐng)域的研究工作，建成并投入使用了國內(nèi)首創(chuàng)、有世界先進(jìn)水平的主要用于工程應(yīng)用的駕駛模擬系統(tǒng)。南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系、裝甲兵工程學(xué)院、昆明理工大學(xué)等單位近幾年在駕駛訓(xùn)練模擬器研究方面也取得了很大進(jìn)步，已經(jīng)能夠滿足基本的使用要求，并且開始應(yīng)用于駕駛訓(xùn)練。駕駛模擬器的應(yīng)用和發(fā)展駕駛模擬器裝置根據(jù)其用途、性能、要求等方面的不同，基本上可以分為兩類：一類用于產(chǎn)品開發(fā)和人-車-環(huán)境系統(tǒng)等基礎(chǔ)研究的模擬裝置（開發(fā)型駕駛模擬器或駕駛仿真器）；另一類是用于安全教育、交通規(guī)則教育和駕駛訓(xùn)練的模擬裝置。它們都被用來模擬真實(shí)的車輛駕駛和運(yùn)行過程，系統(tǒng)的基本組成原理也大致相同，但他們的應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)水平、成本以及由此產(chǎn)生的效果卻有很大差別。開發(fā)型駕駛模擬器開發(fā)型駕駛模擬器（其系統(tǒng)組成及配置原理見圖1）是利用計(jì)算機(jī)，在電子、液壓、控制等技術(shù)支持下，從人-車-環(huán)境閉環(huán)系統(tǒng)的整體性能出發(fā)，對汽車的主動(dòng)安全性、操縱性能等進(jìn)行仿真研究和開發(fā)的大型試驗(yàn)裝備。典型的開發(fā)型駕駛模擬器投資巨大，但功能組成卻非常全面。它一般由運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)、視景模擬系統(tǒng)、控制操縱系統(tǒng)、音響模擬系統(tǒng)、觸感模擬系統(tǒng)及性能評價(jià)百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我系統(tǒng)組成。模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，真實(shí)的汽車（或駕駛室）裝入模擬艙，駕駛?cè)藛T在車內(nèi)根據(jù)提供的交通視景操縱汽車，計(jì)算機(jī)采集操作信息后，實(shí)時(shí)運(yùn)算出汽車的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，控制運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模擬艙生成運(yùn)動(dòng)感覺，控制視景系統(tǒng)生成模擬場景，控制聲響系統(tǒng)產(chǎn)生各種汽車運(yùn)動(dòng)噪聲，控制觸感模擬系統(tǒng)產(chǎn)生各種操作部分的反力，預(yù)測或驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的性能，從而對其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。其主要特點(diǎn)是：無風(fēng)險(xiǎn)的試驗(yàn)在駕駛模擬器上不僅可以進(jìn)行通常工礦下的測試試驗(yàn)，還可以進(jìn)行危險(xiǎn)、極限工礦下的試驗(yàn)，如側(cè)滑、甩尾、高速失控等；通過無風(fēng)險(xiǎn)、低成本的實(shí)驗(yàn)方法獲取其它方法難以取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)可用利用駕駛模擬器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程可人為控制，可以重復(fù)相同的實(shí)驗(yàn)條件，從而提高了利用人進(jìn)行主觀評價(jià)的置信度，這是場地汽車性能試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的。圖I吁發(fā)型駕靴模拉罌的系統(tǒng)讓小組成和配直艱理真實(shí)的人-車界面由于目前駕駛員及其動(dòng)作、感覺、反應(yīng)、判斷還不能完全用數(shù)學(xué)的方法定量描述，在駕駛模擬器中，各個(gè)控制操作部件都被連接到計(jì)算機(jī)，對人的視覺、聽覺、運(yùn)動(dòng)感覺進(jìn)行模擬，真實(shí)的模擬人-車系統(tǒng)的性能。目前，開發(fā)型駕駛模擬器主要用于：車輛安全性能設(shè)計(jì)在開發(fā)型駕駛模擬器上，可以任意設(shè)定高速、臨界的實(shí)驗(yàn)條件，無風(fēng)險(xiǎn)百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我進(jìn)行全工礦仿真，成為當(dāng)前高速安全性能設(shè)計(jì)必不可少的工具。車輛控制系統(tǒng)開發(fā)目前，世界上的開發(fā)型駕駛模擬器都在從事車輛控制系統(tǒng)的試驗(yàn)開發(fā)，利用模擬器研究新的控制規(guī)律和機(jī)理，或?qū)π麻_發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)和評價(jià)。道路性能驗(yàn)證和設(shè)計(jì)通過人工設(shè)定道路場景，開發(fā)型駕駛模擬器可以用來分析道路曲線段和駛?cè)腭偝鲞^渡路段的事故率，分析指示設(shè)施的位置等對路段事故率的影響，為道路設(shè)計(jì)和施工提供參考。交通法規(guī)和理性的檢驗(yàn)再現(xiàn)已發(fā)生的交通事故，對事故責(zé)任進(jìn)行輔助分析，檢驗(yàn)交通規(guī)則的合理性，為制定交通規(guī)則提供理論依據(jù)。課題任務(wù)本課題主要是設(shè)計(jì)汽車模擬駕駛系統(tǒng)及支撐它的運(yùn)動(dòng)模擬平臺。使操作者有身臨其境的駕駛感覺。具體參數(shù)如下：(1)6自由度運(yùn)動(dòng)模擬器運(yùn)動(dòng)幅度分別是：①滾動(dòng)和仰俯角度各為±15°；②轉(zhuǎn)動(dòng)角度為±20°；③垂直位移為±130mm；④前后位移為±150mm；⑤左右位移為±150mm。(2)運(yùn)動(dòng)模擬器承重：1噸(3)運(yùn)動(dòng)在線模擬及同步記錄頻帶：?3Hz。論文的主要研究內(nèi)容本文在查閱國內(nèi)外大量資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合老師的研究課題主要對六自由度汽車駕駛模擬器液壓系統(tǒng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。(1)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的制定：其中包括系統(tǒng)要求，機(jī)械部分和電氣部分的制定。(2)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括模擬駕駛系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)模擬平臺一一主要是液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我(3)電氣原理的設(shè)計(jì)：其中包括單片機(jī)及擴(kuò)展芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(4)總結(jié)：包括設(shè)計(jì)小結(jié)及參考文獻(xiàn)等。2運(yùn)動(dòng)學(xué)及力學(xué)分析六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)位置反解坐標(biāo)系的建立為了清楚地描述臺體的運(yùn)動(dòng)，選取兩個(gè)坐標(biāo)系，即體坐標(biāo)系OXYZ和靜坐標(biāo)系O/XY'Z'，如圖2-1所示。ZTTZI——載體 2——門體圖21牌坐標(biāo)系與怵生標(biāo)系位置「意圖選取體坐標(biāo)系(又稱動(dòng)坐標(biāo)系)的坐標(biāo)原點(diǎn)為載體和平臺的綜合質(zhì)心，坐標(biāo)固定在臺體上，坐標(biāo)軸的方向與臺體的慣性主軸方向平行，載體的安放也使其慣性主軸與體坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸相平行。將靜坐標(biāo)系(又稱參考坐標(biāo))固定在大地上。在初始位置時(shí)，靜坐標(biāo)系O/X/Y/Z/與體坐標(biāo)系完全重合。靜坐標(biāo)系實(shí)際上是體坐標(biāo)系的參考對象，當(dāng)平臺運(yùn)動(dòng)時(shí)，以大地為參照物，靜坐標(biāo)系是不動(dòng)的。對于體坐標(biāo)系，相對于臺體來說它是不動(dòng)的，當(dāng)以大地為參照物時(shí)，它隨著平臺位置的變化而變化。廣義坐標(biāo)定義體坐標(biāo)相對于靜坐標(biāo)的位置可以用廣義坐標(biāo)來描述，q的分量為q(i=1,2,….6)。其中q1,q2,q3為體坐標(biāo)與靜坐標(biāo)的三個(gè)姿態(tài)角，q4,q5，q6為坐標(biāo)原點(diǎn)O在靜坐標(biāo)系O/X'、O'Y，、O'Z'三軸上的坐標(biāo)。姿態(tài)角的定義如圖2-2所示。百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我網(wǎng)2-2空間費(fèi)志角示意網(wǎng)Fig2-2Thesketchmpa(the5paee Angle圖中偏航角q3——體軸網(wǎng)2-2空間費(fèi)志角示意網(wǎng)Fig2-2Thesketchmpa(the5paee Angle圖中偏航角q3——體軸OX在平面X‘O‘Y’上的投影OX1與O’X'間的夾角;縱搖角q2——OX軸與平面X/O/丫/的夾角；橫搖角q1—一體坐標(biāo)中XOZ平面與通過OX軸的鉛垂面間的夾角。2.1.3坐標(biāo)變換矩陣在體坐標(biāo)與靜坐標(biāo)之間，存在一個(gè)齊次變換矩陣。由靜坐標(biāo)系到體坐標(biāo)系坐標(biāo)變換的次序?yàn)椋旱谝淮窝豋/X,向平移q4,變換矩陣為I竹寸斡9I寸Vr,=0010_0仆I第二次沿O/Y,向平移q5,變換矩陣為(2-1)I000U心UI(2-2)第三次沿O/Z/向平移q6,變換矩陣為I0000UI0IJq4,

I(2-3)百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我三次平移后，坐標(biāo)系O'X‘Y‘Z’平移到OX‘Y’Z‘，接著進(jìn)行三次旋轉(zhuǎn)變換。第一次繞OZ/軸旋轉(zhuǎn)偏航角q3,變換矩陣為一'。、口".叫：tij:0 ()0 0 100 0 01(2-4)上式中，sin(qi)簡寫為sqi，cos(qi)簡寫為cqi (i=1，2,…，6)，以后分析中均如此簡化。第二次繞OY1軸旋轉(zhuǎn)縱搖角q2,變換矩陣為「以°叼工()■01 00一3七(J十00001(2-5)第三次繞OX軸旋轉(zhuǎn)橫搖角七，變換矩陣為■|0我(f一蕭f07；=白0箏qtij 000Q1(2-6)綜合以上各個(gè)變換，即可以得到由靜坐標(biāo)系到體坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣T為—7F也一 "1可再可；?里用37%的白卜明一 ?明7網(wǎng):+四「叫上叩F一叫聲樂+%吟公卬,一.用士可士000 】(2-7)2.1.4液壓缸鉸支點(diǎn)坐標(biāo)的確定六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖如圖2-3所示百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我青工工六自由度運(yùn)動(dòng)模也罌靖構(gòu)參數(shù)示致圖Fig2-3Thesketchmapofstructureparjmeter thePlaffbrtn圖中A1?A6——液壓缸上鉸點(diǎn)；B1?B6 液壓缸下鉸點(diǎn)；A1B1?A6B6 表示第一?第六號液壓缸；K0——臺體上臺面的中心點(diǎn)；0m 負(fù)載質(zhì)心；0M 臺體質(zhì)心；G0——系統(tǒng)（包括負(fù)載和臺體）的質(zhì)心；11’一一液壓缸上鉸點(diǎn)A1A2、A3A4、A5A6之間的距離；11——液壓缸下鉸點(diǎn)b2b3、b4b5、B6B1之間的距離；13’一一液壓缸上鉸支點(diǎn)A2A3、A4A5、A6Al之間的距離;13——液壓缸下鉸支點(diǎn)B1B2、b3b4、b5b6之間的距離；12——液壓缸上下鉸支點(diǎn)間初始長；M 臺體質(zhì)量；m 負(fù)載質(zhì)量；

百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我ha——臺體上鉸支點(diǎn)中心到臺體質(zhì)心的距離；h0——系統(tǒng)質(zhì)心到臺體質(zhì)心的距離；hm0——負(fù)載質(zhì)心到臺體質(zhì)心的距離；hm 負(fù)載高度；hM——臺體高度需要說明的是，圖2-3并不是嚴(yán)格的機(jī)械圖，下面圖并不是上面圖的俯視圖，之所以這么畫，是為了清楚表達(dá)液壓缸的鉸支點(diǎn)與臺面和底座的連接關(guān)系。用矩陣A來表示液壓缸缸筒上端鉸支點(diǎn)Ai（i=1，2,…，6）在動(dòng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)向量。矩陣A第一列的第一行至第三行元素分別表示A1點(diǎn)在動(dòng)坐標(biāo)系中的X軸、Y軸和Z軸的坐標(biāo)，其余列的意義與第一列的意義類似。經(jīng)過運(yùn)算可得I.——(/1+cos.30I..（2-8）式中h式中h1=ha+h0將矩陣A寫成齊次坐標(biāo)的形式為4>:iS(2-9)4>:iS2.1.5位置反解液壓缸活塞桿的伸縮量（即位移）可由液壓缸的上下鉸支點(diǎn)之間的距離減去鉸支點(diǎn)初始長L2來確定。鉸支點(diǎn)間距離的計(jì)算公式為10

百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我g= 〔九-卜/一 (i=L?…向(2-10)式中，gki為A矩陣變換到靜坐標(biāo)系后所得各點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)，其計(jì)算公式如(2-10)所示。液壓缸活塞桿的伸縮量為4/=￡—L 仃=I.2....-6)(2-11)六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)位置正解六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)的位置正解，是在已知六個(gè)液壓缸的位置的情況下，求解運(yùn)動(dòng)平臺的位置和姿態(tài)。結(jié)合式(2-10)和式(2-11)可得*九一%廣=心壯一人產(chǎn)〔;=口…向一 (2-12)3力1$飛&&&4)二￡〔，力」一屋『一〔必L-^尸二口〔『二1----^)令 一 (2-13)從而到一個(gè)線性方程組，解此非線性方程組，即可求出qi(i=1,2,…6)靜力學(xué)分析靜力學(xué)分析是指運(yùn)動(dòng)平臺處于某一位姿時(shí)，各個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)所受的外力。對于六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器來說，指的是當(dāng)上平臺處于某一位置和姿態(tài)時(shí)，個(gè)液壓缸所需的輸出力。因?yàn)楫?dāng)臺體靜止時(shí)，系統(tǒng)的慣性力為零。我們忽略液壓缸自身的質(zhì)量，所以各個(gè)液壓缸所需的出力的合力就等于上平J-9臺的重力。即J-9(2-14)其中fi為各個(gè)液壓缸的出力。11百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我3機(jī)械及液壓部分設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)模擬平臺的設(shè)計(jì)3.1.1液壓缸內(nèi)壁D活塞桿直徑d的計(jì)算根據(jù)主機(jī)的要求，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（表）選擇雙作用液壓缸。按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（表）選擇法蘭型。液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來確定。根據(jù)液壓系統(tǒng)簡明手冊選取本設(shè)備的工作壓力為：P=10?16MPa，當(dāng)液壓缸工作壓力選取d/D=，工作壓力P=16時(shí)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)算法，mg+ma+mg+ma液壓缸的推力F=T 載一J臺 平田x1.5 （3-1）6F=1000x10+1000x10+100x10+100x10〉心=5500N6 .①根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊單活塞桿液壓缸的計(jì)算過程。由圖3-1可知圖3-112

百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我兀cc-兀，、八一(3-2)—D2P=F+4(D2—d2)P+F(3-2)D2=*F+F)+(D2—d2)乙兀P p1 1式中p1——液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力ppP——液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)無法準(zhǔn)確計(jì)算，可根據(jù)液壓系統(tǒng)簡明手冊表2-2估計(jì);d/D——活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按液壓系統(tǒng)簡明手冊表2-3選?。籉——工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；Ffc——液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，長用液壓缸的機(jī)械效率［租進(jìn)行估算。ncm液壓缸的機(jī)械效率，一般ncm將n帶入（3-3），可求得D為cmncm液壓缸的機(jī)械效率，一般ncm將n帶入（3-3），可求得D為cm4F兀pn{1-p[1-(d))2]}1cm p1 D(3-3)活塞桿直徑可由d/D值算出。②根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊活塞桿長度小于或等于10倍的缸徑D，不能確定速比時(shí)，可按照下式計(jì)算：，：4F…實(shí)心桿 d=1hx103m\'九。

po=乙 （2-4）pn本系統(tǒng)選用第二種作法，帶入數(shù)值。d_: 4x5500一\;3.14x10x0.95x0.95氏28mmD_28+0.7_40mm根據(jù)液壓缸尺寸系列選取液壓缸內(nèi)徑為40mm。(3-4)(3-5)(3-6)13百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我3.1.2液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊，液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚8的比值D/5>10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算（3-7）5>pyD（3-7）2Q］式中5——液壓缸壁厚（m）;D——液壓缸內(nèi)徑（m）;Py——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（?）倍（MPa）;［O］——缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：［O］=110?120MPa;鑄鋼：［。］=100?110Mp無縫鋼管：［O］=100?110MPa;高強(qiáng)度鑄鐵：［O］=60MPa;灰鑄鐵：［o］=25MPa10x1.5x0.04MPa所以5= =0.003mm選取無縫鋼管［。］=100?110MPa2x100MPa為保證液壓缸壁厚達(dá)到要求，確定液壓缸壁厚5=7.5mm,液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1為D1>D+25 （3-8）式中q值應(yīng)按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。所以D=40+2x7.5=55mm13.1.3缸蓋壁厚的確定根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊，一般液壓缸多為平底缸蓋，當(dāng)有孔時(shí)其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下式進(jìn)行近似計(jì)算14t>0.44314t>0.443D2pD[o]（DJd°）（3-9）百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我t——缸蓋有效厚度（m）;D2——缸蓋止口內(nèi)徑（m）;d。一缸蓋孔的直徑⑺）。t>t>0.443義55116義55\；100義45工10mm液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并參照液壓系統(tǒng)簡明手冊中表2-6中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。為了滿足本設(shè)計(jì)的要求，選取液壓缸的工作行程為460mm。缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外型長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20?30倍。本設(shè)計(jì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取液壓缸缸體長度為687mm。液壓系統(tǒng)的計(jì)算（1）泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵工作壓力為（3-10）PP=p+Zap（3-10）式中Pp——液壓泵最大工作壓力P——執(zhí)行元件最大工作壓力1AP——進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡單系統(tǒng)可取?,復(fù)雜系統(tǒng)取?，本設(shè)計(jì)取1MPa。PP=p+ZaP=（16+1）MPa=17MPa （3-11）上述計(jì)算所得的PP是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此泵的額定壓力P應(yīng)滿足n15百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"P>（1.25~1.6）PP （3-⑵中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。本設(shè)計(jì)中p=1.4PP=5MPa（2）有桿腔工作面積及流量液壓缸有桿腔的工作面積為,兀 兀A=—（D2-d2）=—x（402一282）=640mm2 （3-13）\o"CurrentDocument"4 4當(dāng)桿伸出時(shí)液壓缸所需的流量冗q=—xd2xv=621/min （3-14）（3）泵的流量確定液壓泵的最大流量應(yīng)為q>勺（24q） （3-15）式中qp——液壓泵的最大流量；》、q）max——同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小流量2?3L/min；k——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取匕二?，現(xiàn)?。?所以q=k（^Ap）=1.2x62=741/min（4）選擇液壓缸的規(guī)格。根據(jù)以上計(jì)算得到的Pp和qp再查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，現(xiàn)選用CBF—E100式齒輪泵。該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量q0=1001"，泵的額定壓力Pn=16MPa，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nH=2000r/min，容積效率“丫=0.93，總效率丑=0.85。（5）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別算出活塞桿伸出和縮回兩種情況下的功率，取兩者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵的輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在?11/min范圍內(nèi)時(shí)，可取丑=0.03?0.14同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選擇電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最16

百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我大功率點(diǎn)時(shí)不至于停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即（3-16）式中Pn——所選電動(dòng)機(jī)額定功率；PB——限壓式變量泵的限定壓力；qp——壓力為PB時(shí)，泵的輸出流量。首先計(jì)算活塞桿伸出時(shí)的功率，伸出時(shí)的外負(fù)載為2500N，進(jìn)油路的壓力損失定為，由式（1-1）可得：P=（5500X10-6+0.5）MPa=1.9MPa （3-17）P兀-X0.0724桿伸出時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為P=Pq=學(xué)；74=5KW （3-18）“ 60x0.5查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選取Y132S1-2型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為,滿載轉(zhuǎn)2900r/min（6）確定管道尺寸油管內(nèi)經(jīng)尺寸一般可參照選用的液壓元件接口而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)流量q=401/min，壓油管的允許流速取V=4m/s，則內(nèi)徑d為4.6，q=4.6

4.6，q=4.6

v40…——=14.5mm4（3-19）液壓泵站液壓泵站是液壓系統(tǒng)的重要組成部分（動(dòng)力源）。它向液壓系統(tǒng)提供一定壓力、流量的工作介質(zhì)。在液壓泵站上必須的液壓閥可以直接控制液壓執(zhí)行元件工作本設(shè)計(jì)方案選用液壓伺服驅(qū)動(dòng)。對比氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)等其他的驅(qū)動(dòng)方式，液壓驅(qū)動(dòng)在動(dòng)力性能方面占有很大的優(yōu)勢。一個(gè)體積與能搬送14?24kg有效載荷的氣動(dòng)或電動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)囊簤合到y(tǒng)，可以搬送120?140kg的負(fù)載，而且還有氣動(dòng)和電氣系統(tǒng)相當(dāng)?shù)木群晚憫?yīng)速度。另外，液壓油能對運(yùn)動(dòng)部件起到潤滑作用，并通過油液的流動(dòng)把熱量帶走，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)的自冷卻，以延長元件的使用壽命。采用液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還可以得到較大的速度范圍，特別是在低速特性方面，比電機(jī)17百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我驅(qū)動(dòng)要好，對模擬器平臺來說這是非常重要的。液壓油彈性模量大，液壓彈簧剛度高，因而閉環(huán)系統(tǒng)的定位剛度很大，位置誤差比較小。利用液壓系統(tǒng)集成回路可以把液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)得相當(dāng)緊湊，減少模擬器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所占用的空間。由于平臺的靜負(fù)載為1噸，采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，不僅能滿足功率和控制精度要求，從結(jié)構(gòu)上來看，轉(zhuǎn)臺的6根桿件的伸縮控制可用6個(gè)閥控液壓缸來實(shí)現(xiàn)，液壓缸是直線位移式驅(qū)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)與桿件所要求的運(yùn)動(dòng)相吻合結(jié)構(gòu)非常緊湊，避免了間接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺控制的麻煩，容易獲得較高的控制性能。如果采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不僅由于負(fù)載大使得電機(jī)本身機(jī)構(gòu)龐大，而且還需要加速裝置和一套旋轉(zhuǎn)一直線位移轉(zhuǎn)換裝置，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，難以控制。液壓泵站主要有液壓站控制柜、液壓泵組、消聲器、濾油器、控制閥件、冷卻系統(tǒng)組件、油路集流塊、溫度及壓力檢測儀表、油箱及管路系統(tǒng)等部件組成。平臺在作各種不同運(yùn)動(dòng)時(shí)所需液壓油流量變化很大，這會導(dǎo)致液壓源壓力大幅度波動(dòng)，影響平臺控制精度。因此，如何提高液壓泵站的效率，減小油源的發(fā)熱，是設(shè)計(jì)液壓泵站的首要考慮的因素。選用恒壓式變量泵是提高液壓系統(tǒng)效率、減小系統(tǒng)發(fā)熱的一個(gè)行之有效的措施。該方案在國外先進(jìn)的六自由度平臺系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，考慮到調(diào)試工作的方便和平臺運(yùn)行的實(shí)際需要，液壓泵站選用兩臺液壓泵，能各自單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。液壓泵站的最大流量與系統(tǒng)蓄能器所提供的流量之和，應(yīng)能滿足平臺作高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的流量要求。當(dāng)平臺以0.8m/s速度垂直上升時(shí)，所需流量最大，為890L/min,液壓泵站能夠提供的最大理論流量為800L/min。為解決泵站流量不足，同時(shí)兼顧平臺性能的儲備和現(xiàn)有的液壓泵站的規(guī)格，系統(tǒng)中采用了三個(gè)額定容積為63L的畜能器，作為短期峰值流量的油源，向系統(tǒng)提供必要的流量。泵站的工作壓力，滿足伺服閥的輸出流量要求，設(shè)定為10?14Mpa。液壓泵站自備控制柜，可以由控制柜進(jìn)行控制或由主控柜進(jìn)行控制。鉸鏈的設(shè)計(jì)鉸鏈?zhǔn)沁B接液壓缸和上下平臺的重要部件，不僅要承受較大的作用力，同時(shí)還要能夠提供兩個(gè)自由度的靈活運(yùn)動(dòng)如圖3-1-1所示。根據(jù)對平臺受力極限情況的分析，以及液壓缸在作過程中的極限擺動(dòng)角，確定上、下鉸鏈的額定拉力及推力。為了確保平臺運(yùn)動(dòng)的平滑性，鉸鏈與平臺的連接裝配必須保證較高的裝配精度，不允許出現(xiàn)過大的配合間隙，以免影響到平臺的運(yùn)動(dòng)。18百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我圖3-1-1本設(shè)計(jì)是采用虎克角連接液壓缸連接上下平臺圖3-2是缸筒下部的連接叉，兩個(gè)聯(lián)接耳通孔的對稱中心置于坐標(biāo)原點(diǎn)，缸筒軸線在丫軸上，銷軸軸線在Z軸上。圖3-2缸筒下部連接叉圖3-3是下鉸座的定義，下鉸點(diǎn)置于坐標(biāo)原點(diǎn)，鉸孔軸線在X軸上，鉸軸底平面與Z軸垂直。圖3-3下鉸座圖3-4是下鉸軸的定義，通孔的中心置于坐標(biāo)原點(diǎn)，下鉸軸線在Y軸上，孔的軸線在上19百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我圖3-4下鉸軸圖3-5是上鉸軸的定義，通孔的中心置于坐標(biāo)原點(diǎn)，下鉸軸線在Z軸上，孔的軸線在上圖3-5上鉸軸圖3-6是活塞桿聯(lián)接叉的定義，兩個(gè)聯(lián)接耳通孔的對稱中心置于坐標(biāo)原點(diǎn)，桿的軸線在上圖3-6活塞桿連接叉20百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我圖3-7是上鉸座的定義，中兩個(gè)上鉸點(diǎn)連線的中心置于坐標(biāo)原點(diǎn)，兩個(gè)上鉸點(diǎn)的連線在Z軸上，座的上平面與X軸垂直<11圖3-7上鉸座執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元組成搖動(dòng)裝置一般為六桿并行支撐的上下平臺機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)副有轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、等。運(yùn)動(dòng)的輸入方式大致可分為直線輸入和旋轉(zhuǎn)輸入本文所講得六自由度搖動(dòng)裝置的機(jī)械本體由動(dòng)平臺、萬向鉸、液壓、基座幾部分組成，如圖3-8所示。由圖可知，6-DOF搖動(dòng)裝置是通過6條支路連接上下兩平臺而成的。驅(qū)動(dòng)方式為液21百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我壓缸驅(qū)動(dòng)的直線式運(yùn)動(dòng)。電液伺服控制單元與液壓系統(tǒng)六自由度搖動(dòng)裝置是液壓驅(qū)動(dòng)，由六個(gè)液壓缸控制動(dòng)平臺的六個(gè)自由度，使動(dòng)平臺可以在六個(gè)自由度上運(yùn)動(dòng)（平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)），整個(gè)液壓系統(tǒng)由液壓站、油路、電液伺服閥、電液伺服控制器和液壓缸組成。如圖3-9所示圖3-9圖3-9I-油箱2-粗掂油罌2-變量泵4,5,II-&用管接頭丸7-壓力表

卜希能潺上那掂油潺尚-電控漏械閥L笈壓力開關(guān)13-單向閥

14-,I&、IIL六自白度伺源的17,18,19一一！1加22圖3-1022圖3-10百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我電液伺服閥及其控制器是電液伺服控制單元的核心，由它來實(shí)現(xiàn)對液壓缸的流量控制即實(shí)現(xiàn)對液壓缸的位置控制和換向控制。電液伺服閥的控制器組成結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。它把輸入的小功率電信號轉(zhuǎn)換為閥的運(yùn)動(dòng)，而閥的運(yùn)動(dòng)又去控制流向液壓執(zhí)行元件的油液的壓力與流量，以實(shí)現(xiàn)對電-液信號的轉(zhuǎn)換和放大以及對液壓執(zhí)行元件的控制，其原理如圖3-11所示。電液伺服閥具有控制精度高、靈敏、動(dòng)態(tài)性能好、響應(yīng)快、頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，，不足之處是造價(jià)高以及對油液的清潔度要求高。圖3-11電液伺服系統(tǒng)利用電子、電器元件傳遞信號迅速，傳送能量迅速的特點(diǎn)，用它作為信號比較，放大和反饋檢測等元件。同時(shí)又利用液壓執(zhí)行元件輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)作為動(dòng)力元件，因此，電液伺服系統(tǒng)具有良好的動(dòng)、靜品質(zhì)。反饋單元反饋單元起到將系統(tǒng)的輸出量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將其采集的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)輸入端，以進(jìn)行系統(tǒng)的閉環(huán)控制。本系統(tǒng)反饋單元主要的元件為位移傳感器，它將液壓缸的位置信號采集后傳送給控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精確控制。因此，反饋單元是位置伺服控制系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)。23百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我4電氣部分設(shè)計(jì)電氣原理及接口設(shè)計(jì)4.1.1MCS-51系列單片機(jī)的引腳及其功能該系統(tǒng)選用MCS-51系列中的8031,8031是一個(gè)具有40根引腳的雙列直插式器件。如圖所示編程和正常操作時(shí)的電源電壓為+5V。%:地電平。P：一個(gè)8位開漏雙向I/O口，它訪問外部存儲器的低8位地址和數(shù)據(jù)總線，在程序檢驗(yàn)時(shí)它也輸出指令字節(jié)，P0□能吸入8個(gè)151日輸入。P□:具有提升電阻的8位雙向I/O口，專供用戶使用，在程序檢驗(yàn)時(shí)它也接收低位地址字1節(jié)，P口能吸入/輸出3個(gè)LSTTL輸入。1P2□:具有提升電阻為8位雙向I/O口，供系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高8位地址線用。在沒有外部存儲器擴(kuò)展時(shí)，它也可以為用戶I/O□線使用。在程序檢驗(yàn)時(shí)，它也接收高位地址和控制信號。P2口能吸入/輸出3個(gè)LSTTL輸入。P□:具有提升電阻為8位雙向I/O口，該口的每一位單元可以獨(dú)立地定義為第一I/O□功能或第二I/O□功能。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與操作與勺口完全相同，第二功能如下所示:口引腳 第二功能P30 RD（串行輸入口）P31 TD（串行輸出口）P32 Into（外部中斷）P33 N1（外部中斷）24百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我P34 T0（定時(shí)器0外部輸入）P35 T1（定時(shí)器1外部輸入）P36 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P37 PD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口能吸入/放出3個(gè)LSTTL輸入。ALE/PROG：訪問外部存儲器時(shí)，用于鎖存地址低字節(jié)的地址鎖存允許輸出。ALE主要是提供一個(gè)定時(shí)信號，在從外部程序存儲器取指時(shí)把P口的低位地址字節(jié)鎖存到外接的鎖存器中，0每一個(gè)機(jī)器周期ALE二次有效.這個(gè)引腳也是EPROM編程時(shí)的編程脈沖輸入。PSEN：程序存儲器允許輸出，是外部程序存儲器的讀選通信號。在工外部程序存儲器取指時(shí)，PSEN每個(gè)周期有效二次，在從內(nèi)部程序存儲器取指時(shí)，無PSEN脈沖。EA/v〃/EA為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行北部程序存儲器的指令。EA為低電平時(shí)，CPI僅執(zhí)行外部程序存儲器的指令。使用8031時(shí)，EA必須接地。8751EPROM編程時(shí)，這個(gè)引腳為21V編程電源V勿輸入端。XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時(shí)必須接地。XTAL2:震蕩器反相放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入，使用外部震蕩器時(shí)用于輸入外部震蕩信號。RST/VPD:復(fù)位控制，在震蕩器運(yùn)行時(shí)，使RST腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期為高電平，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。CPU通過執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位來響應(yīng)，在RST為高的第二周期時(shí)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。在V’c關(guān)斷前加上VPD,RAM的內(nèi)容將不變.25

百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我圖4-1VCC圖4-1 p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6 的7EA/VPPALE/PROGPSENp2.7p2.6p2.5p2.4p2.3p2.2p2.1p2.0單個(gè)電液伺服液壓缸位置控制電路設(shè)計(jì)圖4-2以控制一個(gè)液壓缸的位移為例來說明六自由度平臺的位移控制工作原理。其原理圖如圖所示，首先由位移傳感器測量出液壓缸活塞桿的位移并以模擬電信號的形式提供給單片機(jī)，單片機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器得到當(dāng)前液壓缸活塞的位移，得到這位移量后經(jīng)控制算法得到數(shù)字控制量，這個(gè)數(shù)字控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電信號，并輸入電液控制系統(tǒng)從而達(dá)到位移隨動(dòng)控制的目的。圖4-2在進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定I/O接口路數(shù)、A/D、D/A轉(zhuǎn)換通道數(shù)以及選定了所需要的輸入、輸出接口器件的基礎(chǔ)上，接著就是進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。將選用的單片機(jī)和相應(yīng)的接口以及有關(guān)器件按系統(tǒng)要