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开题报告
六自由度摇动试验台设计
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第1章课题背景
1.1课题来源及研究目的与意义
本课题的研究来源于工程实际应用中的六自由度摇动试验台。课题研究的目的和意义：六自由度摇动试验台可用于车载武器装备的稳定瞄准系统试验，也可以用于各种舰载武器系统和机载武器系统的稳定系统的试验。运动平台通过数字计算机实时控制提供俯仰、偏航、滚转、升降、纵向、和横向平移的六自由度瞬时运动仿真，模拟车辆在行使时的姿态与加速度变化，为被试品提供一个非常接近实地跑车的振动环境，在振动条件下对被试品进行实验研究和性能检测。运用六自由度摇摆试验台不仅大量的节省经费，而且能够有效的仿真模拟试品的运动空间环境。所设计的六自由度摇摆试验台属于小型轻载系统，故运动系统采用电动缸驱动。
1.2六自由度摇动试验台系统简介
1965年，德国高级工程师D.Stewart提出了一种六自由度的平台模型，最
初用于飞行训练的模拟驾驶舱。这种机构在工程界引起轰动，人们很快注意到它具备很多优点，如输出精度高、结构刚性好、承载能力强、便于控制、部件简单等等。时至今日，很多人把这种机构称为Stewart机构，它是最典型的六自由度摇摆试验台机构，也是一种并联机构。1978年，澳大利亚著名机构学教K.H.Hunt针对串联机械手的缺点，即刚度差、承载能力弱、有误差累集等，提出将并联机构应用于机器人手臂，形成一种6自由度的新型并联机构机器人。也就是我们所说的六自由度摇摆试验台系统。自1978年Hunt提出并联机器人结构模型以来，Stewart平台受到越来越多的重视，各国的学者对六自由度转台进行了广泛的研究，很大程度的解决了试验台的运动学、动力学问题，为其在工程上的应用奠定了理论基础。美国、日本先后有Roney,Ficher,Duffy,Sugimpto等一批学者从事研究，英国、德国、俄罗斯等一些欧洲国家也在研究。国内燕山大学的黄真教授自1982年以来在美国参加了此项内容的研究，并于1983年取得了突破性进展。经过D.C.H.Yang,T.W.Lee.E.F.Fichter，曲义远、黄真等人的研究，一些平台模拟器的位移反解得到了解析分析，位移正解的解析分析也取得了进展由于在理论上基本解决了六自由度系统的运动学和动力学问题，加之它能模拟船舶、飞行器、车辆六个自由度的动感，结构布局合理，因此得到了广泛应用。目前在航海、航空及车辆的模拟器中基本都采用这种六自由度摇动试验台系统。迄今为止，并联机构的样机各种各样，包括平面的，空间不同自由度的，小同布置方式的，以及超多自由度并串联机构。小型轻载六自由度转台的运动系统一般采用伺服电机驱动滚动丝杠的方式，而大型重载转台系统则主要采用具有体积小、功率大、精度高、速度快等特点的电液伺服液压缸驱动方式，其典型的结构如图1-1所示。
图1-2六自由度摇动试验台台体结构
大型六自由度转台系统可以作为对飞机、舰船、宇航和车载设备进行动态可靠性研究的重要模拟试验装置，现已成为现代飞机工业、舰船、宇航和车载工业发展的重要工具，同时也是相应飞行员、船员及车辆驾驶员进行飞行模拟训练、舰船航行模拟训练和车辆驾驶模拟训练的有力手段。总的来说，并联机构的特点:1.与串联机构相比刚度大，结构稳定；2.承载能力大；3.微动精度高；4.运动负荷大；5.在位置求解上，串联机构正解容易，但反解十分困难，而并联机构正解困难，反解却非常容易。由于机器人在线实时计算是要计算反解的，这对串联式十分不利，而并联式却容易实现。
第2章国内外研究现状
2.1六自由度摇动试验台研究概述
自1978年Hunt提出并联机器人结构以来，并联机构的研究受到许多学者的关注。Stewart型平台的发展大致来说，60年代曾用来开发飞行模拟器，70年代提出并联机械手的概念，80年代末期开始研制并联机器人机床，90年代利用并联机构开发起重机，日本的田和雄、内山胜等则用并联机构开发宇宙飞船空间的对接器。与传统的串联式机构相比，六自由度转台机构不仅在刚度、精度、承载能力及易控性等方面具有明显的优势，而且这种并联式机构结构紧凑、无冗余自由度、反解唯一、驱动装置可全部配置于机架上，这使得它在飞行模拟器、并联机器人、船舶摇摆模拟台、汽车行驶模拟试验台、游乐模拟器、航天器交会对接模拟器等方面得到了广泛的运用。随着理论研究和实际工程应用的深入，Stewart平台己被越来