1、 机械工程及自动化学院毕 业 设 计 开 题 报 告三自由度摇摆台专 业 名 称 机 械 工 程 及 自 动 化学 生 姓 名 周 洲学 号 12071041指 导 教 师 张 建 斌2016 年 1 月北京航空航天大学毕业设计开题报告- 1 -一、课题背景及意义二、文献综述（国内外研究现状）三、主要任务：1、已有基础2、研究目标3、关键问题4、预期创新四、进度安排北京航空航天大学毕业设计开题报告- 2 -1、课题背景及意义摇摆台是一种综合性的测试设备，它包含了机械技术，传感器检测技术，控制技术和计算机技术。它作为一种在三维空间里的运动机构主要用于机器人，车载机载等的调试，被用于模拟飞机车辆的
2、运动姿态，提供一个接近真实的震动环境。它在国防和民用中有很高的的应用价值，所以前几年在高校里引起了广泛的讨论。摇摆台是一种复杂的机电一体化复杂产品，利用传统的研发模式开发这类产品的时候。通常根据产品的功能需要，将系统人为的划分为机械和控制两大部分，然后开展概念设计，理论分析，机械旨在，控制系统开发和机电联合调试工作，整个工作基本上是机械和控制两个彼此相对独立的层面上开展工作的。开发过程中，机械人员很少顾及控制系统的的影响，而设计控制系统的人也采用了简化的系统动力学模型，两者不能很好的结合，这样做出来的产品后期测试的时候不能很好的满足预期的要求，从而行了资源的浪费。近些年的机电一体化产品通过在设
3、计阶段就对产品进行机电动态特性仿真获得大量的指标数据，这样及早的发现设计缺陷或者技术问题，有效的缩短了周期，次数，产品试验门类和经费的投入。现今虚拟样机技术比传统的产品研制理论与方法具有明显的优点，是目前最先进的设计理论，已在航空航天，车辆兵器工程机械等领域得到了广泛的应用。北京航空航天大学（乙方）根据 xxx（甲方）的实际需求，为甲方研制多功能调试台。在对相关产品调研和对应用需求分析的基础上，经过双方协商与讨论，确定了多功能调试台的功能，技术指标和其他的相关情况。国内外模拟运动平台研究现状北京航空航天大学毕业设计开题报告- 3 -目前国际上研究的比较多的是 Stewart 形式的 6 自由度
4、并联空间机构，它是由英国的高级工程师在上世纪 60 年代提出来的，如下图所示。该机构一开始是用于模拟飞机飞行的试验装置平台。它用虎克铰和球铰与上下平台链接，这样上平台和下平台可以进行 6 个独立的运动，即有 6 个自由度。这种机构具有输出精度高，响应快，结构刚性好，承载能力强，部件简单等优点，在工业生产，天文观测，航空航天等多方面得到很多广泛的应用。1978 年澳大利亚的机构学教授 Hunt 提出可以应用 6 自由度的Stewart 平台机构作为机器人机构，首次把 Stewart 机构应用到工业机器人上；随后，Stewart 机构被用于第一架作为机械手臂的并联机器人，并将于应用于自动化装置上，
5、标志着真正意义上的并联机器人的诞生。此后，该机构也开始应用于装配机器人，步行机器人和北京航空航天大学毕业设计开题报告- 4 -机器人手腕。1986 年，美国的 Oregon 大学的 Ficher 用转动电机驱动实现 Stewart平台上的现行手臂的运动。1988 年，法国的 Merlet 提出并成功研制了 INRIA 并联机构的样机。在国内，燕山大学的黄真教授与 20 世纪 80 年代开始对并联机构进行了系统的研究，并与 1991 年研制出我国第一台 6 自由度并联机器人样机，为我国并联机床的发展奠定了一定的基础。1994 年自主研制出一台柔性铰链并联 6 自由度机器人误差补偿器。1995 年
6、中科院机器人学开放研究实验室开发出了样机，如今开始机床的切削试验研究；清华大学和天津大学于 1997 年 12 月联合开发了原型样机 VAMTI，并在机构设计，数控编程以及机构学基础理论方面取得了一系列的成果。哈尔冰工业大学王知行教授研制的”BJ-I”并联机床于 1999 年 8 月通过省级鉴定。北京航空航天大学毕业设计开题报告- 5 -2000 年，国防科技大学和香港科技大学联合研制银河六自由度并联机床：东北大学和大连钢铁集团有限公司合作制造出国产第一台 3-PTT 型水平滑块式三杆并联机床；北京理工大学制造了 6 自由度BKX-I 变轴并联机床；河北工业大学也研制 5 自由度五轴并联加工中
7、心。2001 年 6 月清华大学与昆明机场股份有限公司共同研制的 XNZ63 并联机床，其综合指标达到国际先进水平。随着 6 自由度并联机器人相关技术研究的日趋成熟，由于受铰链约束，支链干涉，奇异行为等因素的影响，致使 6 自由度并联机构存在动平台实现姿态能力差，工作空间小的固有缺陷，少自由度并联机器人逐渐引起国际学者们的关注。少自由度机器人一般指自由度数目为 2,3,4 或 5 的并联机器人。这类并联机器人驱动原件少，机构简单，结构紧奏，制造费用低，具有较高的实用价值和良好的应用前景。这类机器人可以应用到不需要 6 个自由度的场合。澳大利亚的 Hunt 被公认为少自由度并联机构研究的先驱者。
8、1983 年，他应用空间机构自由度计算准则及 Ball的螺旋理论，给出了一张并联机构的机型列表，列举了平面并联机构，空间 3 自由度 3-RPS 并联机构以及非对称的 4,5 自由度并联机构。瑞士的 Clavel 在 1988 年提出了分支中含有球面 4 杆机构的 DELTA并联机器人，被视为 3 自由度移动并联机构的一个里程碑。美国马里兰大学的学者 Tsai 在 1996 年对于 DELTA 作了改进，发明了 Tsai氏三维移动机构；Gosselin 等人系统地研究课角台型球面并联机构，并在 1994 年研制成功称为灵巧眼的摄像机自动定位装置；之后，Gosselin 又提出了驱动电机轴线共面
9、并联机构。北京航空航天大学毕业设计开题报告- 6 -在国内，1996 年内，黄真等综合出多种 3 自由度立方体并联机构。2、主要任务1.已有基础在大学四年的学习中我们已经掌握一些基础的二维三维绘图设计设计软件，比如 CAD，solidworks，PROE 作为最近刚接触的一个计算机辅助设计软件，其强大的功能使其成为现今或内航天单位的主流设计软件。鉴于这次我的设计任务除了三维建模之外还有模拟仿真和有限元分析，ADAMS 的应用我也必须提前有一些的掌握。由于在之前，这个课题在国内已经被硕士论文涉及多次，所以这次我在机构上的创新可能显得心有余而力不足，但是通过阅读大量的硕士论文，我希望能在一些方面能
10、有小小的创新。2.研究目标三自由度调试台主要用于机器人作战平台的各种组装和调试，包括机器人作战平台空载测试时的履带悬空姿态，极限位置时机器人状态反馈等等。三自由度调试台由调试台台体、辅助安装移动平台和调试台控制柜组成。其中，调试台台体由升降架和两轴姿态调整装置两部分组成。在电动机带动下调试台台体可在运动范围内连续调整调试台台体的高度及水平姿态，继而进行机器人平台的装配、调试与性能测试。我的任务主要是三自由度摇摆试验台建模及仿真，用 PROE 剪力三自北京航空航天大学毕业设计开题报告- 7 -由度要白天的简化模型，导入到 ADAMS 中，添加约束和运动，完成了样机模型的建立，并通过仿真，验证设计
11、方案的正确性。3.关键问题三自由度摇摆台的功能是承载不同型号机器人作战平台，并使其在水平方向产生两自由度的转动。总控柜通过人机交互对调试台高度、姿态进行控制，并实时显示其数值。1） 连续升降功能：调试台台体采用框架式电动升降结构实现调试工作台的升降来调整调试台高度，以便于不同条件下进行装配与不同功能测试。2） 两轴旋转功能：单兵/班组机器人作战平台安装在两轴转动框架上，并能产生俯仰、滚动方向的角度倾斜功能。3） 多功能调试台位置状态自动控制与实时显示功能；4） 俯仰角、滚动角数据实时输出功能；5） 系统故障检测与隔离保护功能。主 要 技 术 参 数1 工作方式：垂直升降、水平转动角位置2 驱动方式：三轴电动3 负载 负载重量：0-1400kg 负载尺寸：小于 225016501350mm4 功率需求调试台动力电 220V/380V 5kW。5 多功能调试台尺寸 垂直升降范围：0-1.2 米 两轴水平姿态角范围：35 度（精度高于 1 度）北京航空航天大学毕业设计开题报告- 8 - 多功能调试台台体尺寸：长宽高小于360025003200mm 辅助安装移动平台尺寸：长宽高小于 24001400500mm总占地尺寸：最大 46004500mm4.预期创新
