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六自由度船舶运动平台分析与优化设计

作　者: 崔振栋
导　师: 祝海涛
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 六自由度平台 ADAMS 运动学反解 优化设计
分类号: U661.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


六自由度运动平台通过控制六个电动缸的伸缩变化实现平台在空间中进行六个自由度的运动。由于其具有结构刚度强，承载力大，精度高等优点，被广泛应用于车载、舰载、机载武器装备的瞄准系统实验，车辆驾驶员、船员、飞行员的模拟训练以及生物工程及民用娱乐等领域。本文以六自由度船舶运动平台为背景，根据运动指标的要求，完成总体方案设计，通过进行动力学仿真进行运动平台的优化设计。本文主要对六自由度船舶运动平台的三维实体模型建立、运动学动力学方程以及通过仿真分析进行优化设计等三个方面进行分析和研究。首先，通过对六自由度船舶运动平台工作原理及运动指标的分析，在Pro/E中进行三维实体模型建立，运用ADAMS软件进行运动学仿真以验证模型建立的正确性以及各构件之间是否发生干涉现象从而确定运动平台的机械模型。其次，在对其工作原理分析的基础上，运用矩阵分析法，对六自由度平台进行运动学理论分析，建立六自由度平台位置与各个电动缸之间的的反解方程，并通过Matlab验证了算法的正确性，为后续进行动力学方程的建立奠定了基础。最后，通过ADAMS对建立的虚拟样机模型进行动力学仿真分析讨论影响下铰点的位置因素（下铰点分布角以及下铰点分布圆半径）对运动平台整体性能包括六个驱动杆的驱动力大小以及各个铰链点约束力大小的影响情况，并根据分析结果对模型参数进行修改进而达到优化设计的目的。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题研究的背景和意义  9
  1.2 六自由度运动平台简介  9-17
    1.2.1 六自由度运动平台研究的概况  9-12
    1.2.2 国内外六自由度平台的发展与应用  12-14
    1.2.3 六自由度并联机构的研究现状  14-17
  1.3 论文研究的主要内容  17
  1.4 论文的组织结构  17-19
第2章 虚拟样机技术概述  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 虚拟样机技术  19-22
    2.2.1 虚拟样机技术的定义  19-20
    2.2.3 虚拟样机技术的过程和特点  20-22
  2.3 虚拟样机技术相关软件工具  22-27
    2.3.1 三维建模软件 Pro/E  23-25
    2.3.2 动力学仿真软件 ADAMS  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 六自由度船舶运动平台建模及其 ADAMS 仿真  28-39
  3.1 引言  28
  3.2 六自由度船舶运动平台模型的建立  28-32
    3.2.1 六自由度船舶运动平台组成及工作原理  28-29
    3.2.2 六自由度船舶运动平台的技术要求  29-30
    3.2.3 运动平台三维实体模型的设计和运动学虚拟样机的建立  30-32
  3.3 六自由度船舶运动平台的运动仿真实验  32-38
    3.3.1 Pro/E 与 ADAMS 模块接口  32-33
    3.3.2 定义约束及运动  33-34
    3.3.3 六自由度船舶运动平台的运动学仿真  34-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章 六自由度船舶运动平台运动学动力学分析  39-54
  4.1 引言  39
  4.2 六自由度船舶运动平台机构运动学反解  39-42
    4.2.1 运动平台自由度解析  39-40
    4.2.2 运动平台坐标系的建立  40-41
    4.2.3 运动平台位姿描述及坐标变换矩阵  41-42
    4.2.4 运动平台的运动学反解  42
  4.3 六自由度船舶运动平台机构动力学方程的建立  42-53
    4.3.1 运动平台机构速度分析  42-44
    4.3.2 运动平台机构加速度分析  44-46
    4.3.3 运动平台动力学反解的 Matlab 验证  46-47
    4.3.4 运动平台动力学正解的 Matlab 验证  47-50
    4.3.5 运动平台动力学方程建立  50-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章 六自由度船舶运动平台动力学仿真及参数优化  54-69
  5.1 引言  54
  5.2 ADAMS 软件中的动力学分析算法  54-56
  5.3 运动平台驱动函数的确定  56-57
  5.4 六自由度船舶运动平台结构参数对系统性能的影响  57-61
    5.4.1 下铰点分布圆半径大小对运动平台性能的影响  57-59
    5.4.2 下铰点分布角大小对运动平台性能的影响  59-61
  5.5 优化后的六自由度船舶运动平台动力学仿真  61-68
    5.5.1 驱动杆的驱动力大小变化  61-63
    5.5.2 上下铰链点所受约束力大小变化  63-68
  5.6 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-74
致谢  74

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶原理 > 船舶性能试验与设备
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