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六自由度液压运动平台的自动控制

来源:米乐体育官方网站入口    发布时间:2024-07-24 03:32:31

  在国防军事上,随着高新技术在军事领域的广泛应用,现代化武器装备技术先进、价格昂贵的特点越来越突出.一艘先进战舰造价昂贵,如果全部实装训练不仅耗资巨大,同时也快速缩短了战舰的寿命。为解决这一难题,许多发达国家采取花巨资研制模拟器的对策,并规定凡:装备新武器,必须装备相应的模拟器。美国于20世纪40年代就研制出了第一台飞行模拟器。可见六自由度并联机构的应用就船舶模拟器而言,其制造和应用一种原因是技术水平的反映,另一方面也具有极高的军事和经济意义。在民用领域方面的情况也是如此。

  上世纪年代末特别是年代以来并联式机构被广为关注成为新的热点由于六自由度平台具有结构刚度大、承载能力强、位置精度高、哈尔滨工程大学硕十学位论文响应快的优点还能够灵活地实现六个自由度的三维空间运动。

  1965年六自由度平台是英国工程师Stewart于1965年在他的论文《A Platform with 6 degrees freedom》中作为一种六轴并联式空间机构的设计提出的,称为Stewart机构[1]。在制作飞行模拟器后,Stewart机构慢慢的变成为飞行摸拟器的标准机构。到70年代初,美国NASA等研究中心公布了6—DOF并联式平台的研究成果,相继出现了6-DOF并联机构运动平台的飞行模拟器。1974年美国制定了空勤人员训练模拟器6—DOF并联式运动平台系统军用标准MIL-STD—1588。此后6-DOF并联式运动平台己趋向标准化、系列化生产阶段。1978年澳大利亚著名的机构学专家Hunt。KH教授指出Stewart机构更接近于人体的结构,提出可将Stewart平台机构用作并联机器人的主要机构,至此并联机器人的研究受到许多学者的关注。MacCallion和Pham在1979年首次利用这种机构设计出了用于装配的机器人,从此拉开了并联机器人研究的序幕,此后Stewart机构又被称为并联机器人。

  本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)六自由度液压运动平台的自动控制是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果.有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出,并与参考文献相对应.其内容除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用,表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。

  六自由度运动平台,由于有极为广阔的应用前景,六自由度运动平台是由六支油缸,上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成,下平台固定在基础上,借助六只油缸的伸缩运动,完成上平台在空间六个自由度(X,Y,Z,α,β,γ)的运动,从而能够模拟出各种空间运动姿态,可大范围的应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域,甚至可用到空间宇宙飞船的对接,空中加油机的加油对接中.在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。由于六自由度运动平台的研制,涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器,空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域,因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。

  目前运动模拟技术己成为多快好省达到研究舰船运动和训练飞行目的的最佳途径六自由度平台是一种发展快、应用广的典型运动模拟器是一具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖试验设备而我国在这一领域的设计和制造水平与西方发达国家相比还有相当大的差距。因此深入研究六自由度平台运动系统的基础理论对其关键技术进行理论分析和实验研制出性能优良能满足各方面需求的平台对提高我国的仿真技术水平增强国防实力具有重大的理论意义和实际应用价值.

  六自由度平台能够直接进行船舶运动和结构动力学研究同时也是驾驶员航海训练的一种良好设备能将舰载武器和设备仪器放在平台上进行陆地实验减少海上实验次数这样就降低了实验成本和研究周期。可见用平台在实验室作运动模拟试验有着非常明显的节能性、安全性、可控性、无破坏性、经济性、可操作性和训练效率高等优点对进行舰船运动模拟技术探讨研究具备极其重大意义。

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  Hunt应用空间机构自由度计算准则及螺旋理论对Stewart机构的机器人进行了机构综合研究,给出了多种6—DOF的并联机构的基本形式。1988年Merlet教授提出了INRIA并联机构的样机。1997年意大利研制出具有六个自由度的Turin并联机构。

  六自由度平台的另一个重要的发展趋势,是作为微动机构或微型机构,在三维空间微小移动,仍具有小的土作空间,这种微动机构正好发挥了六自由度摇摆台的特点,工作空间小大,但精度和分辨率都非常高。一个例子是用在眼科手术中,治疗视网膜静脉闭,另有一种微动双指并联机构,用于生物工程上的细微外科手术中的细胞操作。

  2.确定总体方案,设计六自由度运动平台的本体结构和液压伺服系统并完成相关工程图的设计。

  3.建立控制管理系统的数学模型,使用PID控制方式提高系统的运动性能。运用虚拟样机技术,在ADMAS环境下,对六自由度运动平台做运动学和动力学的仿真.

  通过六自由度运动平台的机构特点及应用,可以在平台控制总体设计的基础上完成液压伺服系统的建模工作,在Matlab软件中对系统来进行了仿真分析,将常规PID控制和基于神经网络算法的先进PID操控方法进行对比,仿真根据结果得出基于神经网络的PID操控方法对伺服系统拥有非常良好的控制效果,同时也证明了电液伺服控制管理系统设计的合理性,将控制策略应用于样机平台,平台运行稳定,流畅。为平台控制的进一步改善和完善奠定了基础。

  六自由度平台的研制对舰船运动规律的研究起着重要的作用平台可以在实验室中模拟舰船在海上航行时摇摆的情况将舰船在海洋中摇摆的姿态和运动真实地再现出来并能检测舰载直升机系统和各分系统在各种摇摆和位置姿态下的动态和静态技术性能。该专用设备主要由机械运动系统、液压伺服控制管理系统、传感检测系统、信号采集处理系统、计算机控制管理系统和各种安全保护设施等组成可按试验要求实现六个自由度的旋转运动和这些自由度的复合运动以达到模拟舰船在海上的垂荡、纵荡、横荡、纵摇、横摇和艏摇各种摇摆状况的目的。

  Stewart机构在大功率装配机器人、步行机器人、机器人手腕等方面得到进步的发展。Stewart机构进一步的应用场景范围逐渐扩展到机床方面,即所谓的并联机床,但不论是并联机器人还是并联机床,要实现运动精确伺服控制是十分艰难的,主要难点在于Stewart机构在运动学、动力学极其控制方面蕴涵的复杂性和大量的计算。进入到上世纪80年代末以后,计算机工业的快速的提升为解决Stewart机构诸多难点提供了强有力的支持,对Stewart机构的研究和研究进入了一个新的时期。