六自由度减摇模拟器系统研发

采用六自由度运动平台模拟船舶的运动,在其上部安装六自由度Stewart平台作为减摇装置,将船舶运动平台的位姿实时反馈到Stewart减摇平台的控制系统中,通过减摇控制算法获得减摇平台的控制信号,对Stewart减摇平台进行同步控制,实验结果证明减摇效果非常有效,理论上可以达到静止的效果。     

新型数字液压2自由度摇摆台建模与试验研究

摇摆台广泛用于模拟舰船、车辆的运动姿态,在车船设备测试、驾驶模拟器等国防与民用领域都有重要的应用价值。基于此,针对自行研制的模拟海洋环境的2自由度液压运动平台,介绍增量式步进电动机、四边滑阀、非对称液压缸、摇摆台架、同步反馈机构等构成的近似开环控制的系统结构和工作原理,建立其运动学和动力学方程,并通过状态方程描述阀控非对称液压缸换向时的跳变特性。在Matlab/Simulink中构建系统的非线性控制模型框图,将仿真与试验结果进行对比分析,表明了该数字液压摇摆台的可行性。     

六自由度Stewart平台误差建模及误差补偿分析

以六自由度Stewart平台为研究对象,分析了Stewart平台误差来源,同时为提高Stewart平台工作质量,引入了一种有利于提高Stewart平台精度的运动学标定方法,并运用运动学逆解方法建立了Stewart平台误差模型,进一步计算出平台输出端位姿,此外,还提出了运用最小二乘法实现运动参数测量的方法。     

工程机械驾驶模拟器运动平台多体动力学分析

应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,对驾驶模拟器运动平台进行了运动学和动力学仿真研究.建立了6自由度Stewart型运动平台的虚拟样机模型,进行了仿真计算,得出支腿作动器行程和驱动力的变化曲线.仿真结果为运动平台的设计提供了依据.     

4-Stewart并联平台的运动学分析

提出了一种可应用于实现多路况模拟的多车型通用汽车驾驶训练装置的4-Stewart并联运动平台。介绍了该平台的组成,在Solidworks中构建了该装置的三维模型。首先,对4-Stewart并联平台的汽车驾驶模拟器进行了机构说明,并建立了坐标系;其次,以汽车和四个较小的六自由度Stewart并联机构构成的运动平台为研究对象,利用空间结构分析方法,得出了汽车驾驶训练装置的运动学反解方程,并用MATLAB编程进行了具体的数值计算;最后,在相同车型、能够实现相同运动输出的情况下,计算传统的汽车驾驶模拟器的结构尺寸和驱动副的输入范围,将各相关参数与4-Stewart并联运动平台相比较,得出了该运动平台体积小、加工工艺好、易控制等结论,为进一步的研究奠定基础。     

Stewart六自由度动感平台结构优化设计

Stewart平台由于其容易实现六个自由度的特性,被广泛应用于飞行模拟器和大型车辆驾驶模拟器中,以实现驾驶的体感模拟。目前应用较为广泛的Stewart平台有实心平台和中间镂空平台两种基本结构。采用有限元分析的方法,对两种典型结构进行力学特性分析,为后续的结构设计提供数据;并采用有限元分析软件ANSYS,对两种典型结构进行数字化仿真,找出Stewart优化设计依据,最终得出优化设计方案。     

大惯性摇摆台建模与半实物仿真

针对船舶横摇海试困难的情况,为测试高海情下的船体及内部设备可靠性,在实验室条件下搭建摇摆驱动试验台架,模拟海上航行船舶以特定频率和幅值长时间摇摆.提出了能量原理辅助角度反馈进行力矩规划控制策略的实现方案,以装载人机交互软件的控制台、装载实时控制系统的控制柜作为实物介入,液压执行机构、摇摆台滚筒、水流环境等数学模型模拟末端执行机构运动响应,设计并搭建了大惯性摇摆台控制系统半实物仿真平台,并分析仿真方案及控制策略的有效性和实用性.     

Stewart平台运动学仿真分析

Stewart平台的运动学分析是确定系统结构参数、设计液压动力机构、确定系统流量、选择伺服阀的基础和前提。根据Stewart平台机构学原理,在ADAMS/View模块下建立了系统的虚拟样机模型,并对其添加约束和驱动后进行了运动学仿真,得到了各作动器运动参数在不同运动姿态时的变化规律。该方法避免了大量的数学计算与计算机编程工作,通过CAE方法实现了对Stewart平台的运动学仿真。     

一种三自由度并联平台运动学研究

并联平台因为其良好的控制性能、不受工作环境制约和体积小等优点,在各领域中得到了广泛的应用。根据实际需求,设计了应用于船舶的一种三自由度并联平台。此平台包含横摇、纵摇及升沉三个自由度,在船舶摇摆和升沉运动的情况下为光学负载提供一个稳定的水平工作平台。建立了稳定平台的运动学方程,并通过正逆运动学,研究机构的工作空间和运动参数。完成了电动推杆运动和平台升沉旋转的关系,并解耦三个电动推杆对平台角度的影响。     

主动减振(减摇)试验系统研制

采用两套六自由度Stewart平台构建一个主动减振减摇试验系统,下部的平台用于模拟所发生的振动(称为运动模拟平台);上部平台为减振平台,主要通过主动控制的方法减少下部运动模拟平台对减振平台上表面的影响,实现减振平台上表面的精确控制。     

Prototyping a robotic dental testing simulator

A parallel robot based on the Stewart platform is being developed to simulate jaw motion and investigate its effect on jaw function to test the wearing away of dental components such as individual teeth, crowns, bridges, full set of dentures, and implant-supported overdentures by controlling chewing motion. The current paper only describes the comparison between an alternative configuration proposed by Xu and the Stewart platform configuration. The Stewart platform was chosen as an ideal structure for simulating human mastication as it is easily assembled, has high rigidity, high load-carrying capacity, and accurate positioning capability. The kinematics and singularities of the Stewart platform have been analysed and software developed to (a) test the control algorithms/strategy of muscle movement for the six degree of freedom of mastication cycle and (b) simulate and observe various design options to be able to make the best judgement in product development. The human replica skull has been analysed and reverse engineered with further simplification before integration with the Stewart platform computer-aided design (CAD) to develop the robotic dental testing simulator. Assembly modelling of the reproduced skull was critically analysed for good occlusion in CAD environment. A pulse-width modulation (PWM) circuit plus interface was built to control position and speed of the chosen actuators. A computer numerical control (CNC) machine and wire-electro-discharge machining (wire EDM) were used to manufacture the critical parts such as lower mandible, upper maxilla, and universal joints.     

一种波浪中的船舶动力定位运动建模方法研究

船舶动力定位是在船舶低速条件下对航向和位置进行控制，控制效果受海浪干扰的影响较大。考虑具有修正PM波谱的长峰不规则浪，基于海浪幅值响应算子（RAO）研究了船舶在海浪中的六自由度运动预报模型。以船舶定点保持模式为例，采用船模实验数据，对海浪作用下的船舶纵荡、横荡和转艏运动进行了数值仿真，给出了运动RAO频率特性曲线和船舶运动时域响应曲线，验证了该方法的有效性。该方法用于船舶在波浪中的运动预报和动力定位系统设计，具有实用性和经济性。     

船舶运动模拟器阀控非对称缸液压系统神经网络辨识

本文在分析船舶运动模拟器阀控非对称缸液压系统存在较大非线性的基础上,利用神经网络具有逼近任意非线性函数且具有自学习与自适应能力,应用BP算法对液压系统进行辨识。辨识结果表明,辨识模型接近于实际系统,为模拟器液压系统控制奠定了基础。     

被动式Stewart隔冲平台的刚度特性

建立了Stewart隔冲平台的运动微分方程,分析了隔冲平台3个方向的动态刚度特性,讨论了刚度大小对平台抗冲击性能的影响,对隔冲平台进行了落锤式冲击试验,并与仿真结果进行了对比。研究结果表明:被动式Stewart隔冲平台的三向动态刚度近似呈线性;隔冲平台的横向冲击隔离率大于纵向冲击隔离率,纵向冲击隔离率大于垂向冲击隔离率;试验所得的冲击隔离率达到86.39%以上。研究成果可为Stewart隔冲平台在船舶设备抗冲击中的实际应用提供理论和试验依据。     

一种新颖的6自由度并联机床结构型式及其局部各向同性分析

针对以Stewart平台为原型的6自由度并联机床各项同性和工艺性差等问题,提出一种新颖的6－DOF并联机床结构,应用并联机器人机构学理论,论证了该种结构型式的并联机床在其工作空间内存在速度和力各向同性位姿,具有最佳的运动和力传递性能,选择各向同性位姿为机床初始装配位姿,改进了机床的结构,改善了装配工艺性。     

基于I-DEAS软件的Stewart平台机构建模与动力仿真

利用I-DEAS软件对Stewart平台机构进行建模与动力仿真。在对平台进行实体装配和机构建模的基础上,生成机构序列动画,绘制动平台中心的位移、速度、加速度、球铰和虎克铰处的约束力、以及支腿驱动力等时间函数曲线。进一步,对仿真计算结果进行研究,为平台的驱动控制奠定了基础。     

大射电望远镜馈源舱系统Stewart平台的技术研究

FAST大射电望远镜以中科院国家天文台为研制总体,其Stewart平台作为馈源舱内部接收机平台的精调机构,用于减少和抑制整个馈源舱的风激扰动影响,并对馈源运动轨迹进行精调定位。基于目前馈源舱系统的设计输入,完成了Stewart平台的构型选择和参数确定,进而分别从下平台、上平台和伸缩支杆三方面进行Stewart平台的详细结构设计。在结构设计的基础上,利用有限元分析软件ANSYS分别对下平台、上平台和伸缩支杆进行了力学分析。结果表明,该Stewart平台满足设计需求。     

虚拟现实环境下交互式船舶装配序列规划研究

针对传统装配序列规划方法解空间大、模型简单的问题,提出了应用虚拟现实技术解决船舶装配序列规划问题的方法。该方法分为虚拟拆卸和方案评价两个阶段,分析了虚拟装配平台上进行虚拟拆卸的基本流程和关键技术——虚拟环境下的实体模型表达和基于装配约束的运动导航。建立了船舶装配序列评价模型,确定了零件重量、装配时间、装配稳定性和装配过程难度等面向手工装配的评价指标。最后,用某船舶机舱区域的规划实例进行了验证,结果表明该方法生成的装配序列对实际船舶装配生产具有指导作用。     

Three-dimensional precision analysis with rigid and compliant motions for sheet metal assembly

This paper quantifies the detailed assembly motions by taking into account the mating gaps and gravities of fixtures and sheet metals. Finite element (FE) models are firstly generated for fixtures and parts. Their nodes are ordered according to an appointed assembly sequence where the last assembled part is behind the first one by the assembly platform or mating surface. Three noncollinear feature points are selected from each last assembled part near the mating surface. Their translational displacements (gaps) represent the part rigid motion near that surface omitting the local joint deformation. Based on the given feature point gaps, kinematic formulations are proposed to compute the rigid motions for any FE nodes behind the mating surface in assembly sequence. Compliant motions are then reached by the modified FE analysis where variable mesh method is applied to change the FE nodal coordinates using the gap-induced rigid motions and deformations. Code integrations of sequence and parallel assemblies are finally proposed and validated via simulations and experiments. Results suggest the following: (1) the proposed method is effective and accurate for engineer application; (2) the integration approach requires to be further studied for the precision analysis of more complex assemblies and implies a feasible way for adding local deformations of joints to the deterministic dimensional precision analysis.