设计简介
Stewart平台电液驱动机构设计
摘 要
Stewart平台是六自由度并联机构的基础平台。Stewart平台具有诸多优良特性，它在许多领域得到了广泛应用。六自由度运动平台由于应用场合不同，采用不同的驱动方式。目前，这种并联机构驱动方式主要包括电机驱动滚珠丝杠驱动方式、阀控液压缸驱动方式、气动人工肌肉驱动方式、电动液压混合执行器驱动方式、压电陶瓷驱动方式、电机驱动滑轮钢索驱动方式等。阀控液压缸驱动方式的优点是刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快、系统频带宽。对该平台的驱动机构设计对于深刻理解并联机床和运动模拟器的机理具有重要的意义.
本文的核心是研制一个满足实验要求Stewart平台的驱动机构，为了完成此机构的优化设计，本文主要从以下三个方面进行了理论分析。
对Stewart平台的运动学参数进行了理论分析和计算。重点分析了动平台的位置、速度和加速度和支撑杆的相应参数之间的关系。
对Stewart平台的驱动机构进行了设计和校核,并对液压伺服系统进行了运动学仿真。
利用以上的理论分析和计算过程，本文针对设计目标的参数要求，给出了Stewart平台的驱动机构优化设计方案，并完成了平台的各个组件的设计。
关键词 Stewart 平台；运动学；液压伺服系统
The hydraulic drive mechanism of the Stewart platform design
Abstract
The Stewart Platform is the base of the six degree-of-freedom parallel mechanism. Stewart platform has many fine characteristics, which in many areas has been widely applied. Six degree-of-freedom campaign platform is used in different applications, so using different-driven approach. At present, the drive way of the parallel institutions contains Motor driven a ball screw-driven approach, valve controlled hydraulic cylinder-driven approach, pneumatic muscle-driven approach, hydraulic hybrid electric actuator-driven approach, piezoelectric ceramic-driven approach, Motor drive pulley cables-driven approach and so on. The advantage of Valve controlled hydraulic cylinder driven approach is high stiffness, Strong anti-interference capability, high Power - weight ratio and Torque – inertia ratio, Fast response, and wide system frequency band. It is critical to the consideration of parallel machine and motion simulation that theoretical research of the Stewart Platform is being carried.
The core of the dissertation is to design a drive mechanism for Stewart Platform to meet a certain requirements. Three parts of research are being managed to approach the goal.
To analysis and calculations the parameters of theoretical kinematics of the Stewart platform. Lay the emphases on the analysis of Moving platform position, speed acceleration and the relationship of corresponding parameters of the Supporting bar.
Design and check the drive mechanism of the Stewart platform. And kinematics simulate for the hydraulic servo system.
An optimization of Stewart platform design is put forward based on the above four parts of work. The mechanical design of every component of the Stewart Platform is accomplished finally.
Keywords Stewart Platform, kinematics, hydraulic servo system
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.2 选题的目的和意义 1
1.3 仿真用模拟器的组成 2
1.4 Stewart平台的机械结构组成 2
1.5 Stewart平台运动系统的关键技术及研究现状 2
1.5.1 Stewart平台系统的运动特点 2
1.5.2 Stewart平台运动系统的机构学理论 3
1.5.3 Stewart平台运动系统的驱动方式 4
1.5.4 六自由度运动系统的控制策略 4
1.6 Stewart平台的特点及应用 5
1.6.1 性能特点 5
1.6.2 技术特点 5
1.6.3 检测和控制特点 6
1.6.4 六自由度并联平台的应用 7
1.7 论文所要研究的主要内容 8
第2章 六自由度运动平台运动学研究 9
2.1 引言 9
2.2 六自由度运动平台结构 9
2.3 六自由度运动平台运动学 10
2.3.1 旋转变换矩阵 10
2.3.2 六自由度运动平台位置和速度反解 12
2.3.3 六自由度运动平台加速度反解 15
2.4 本章小结 16
第3章 Stewart平台的机械机构结构设计 17
3.1 液压缸的设计 17
3.1.1 液压缸主要尺寸的确定 18
3.1.2 液压缸结构设计中的几个问题 20
3.2 上、下平台虎克铰的设计 21
3.3 上、下平台台体的设计 24
3.4 本章小结 25
第4章 CAD和UG简介 26
4.1 参数化设计思想 26
4.2 机械设计方法的发展趋势 26
4.3 CAD技术发展概况 27
4.4 UG简介 30
4.5 运动仿真 32
4.6 运动仿真的创建 32
4.7 运动仿真中机构的运动形式 33
4.8 动画文件的创建 34
结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
附录 38
摘 要
Stewart平台是六自由度并联机构的基础平台。Stewart平台具有诸多优良特性，它在许多领域得到了广泛应用。六自由度运动平台由于应用场合不同，采用不同的驱动方式。目前，这种并联机构驱动方式主要包括电机驱动滚珠丝杠驱动方式、阀控液压缸驱动方式、气动人工肌肉驱动方式、电动液压混合执行器驱动方式、压电陶瓷驱动方式、电机驱动滑轮钢索驱动方式等。阀控液压缸驱动方式的优点是刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快、系统频带宽。对该平台的驱动机构设计对于深刻理解并联机床和运动模拟器的机理具有重要的意义.
本文的核心是研制一个满足实验要求Stewart平台的驱动机构，为了完成此机构的优化设计，本文主要从以下三个方面进行了理论分析。
对Stewart平台的运动学参数进行了理论分析和计算。重点分析了动平台的位置、速度和加速度和支撑杆的相应参数之间的关系。
对Stewart平台的驱动机构进行了设计和校核,并对液压伺服系统进行了运动学仿真。
利用以上的理论分析和计算过程，本文针对设计目标的参数要求，给出了Stewart平台的驱动机构优化设计方案，并完成了平台的各个组件的设计。
关键词 Stewart 平台；运动学；液压伺服系统
The hydraulic drive mechanism of the Stewart platform design
Abstract
The Stewart Platform is the base of the six degree-of-freedom parallel mechanism. Stewart platform has many fine characteristics, which in many areas has been widely applied. Six degree-of-freedom campaign platform is used in different applications, so using different-driven approach. At present, the drive way of the parallel institutions contains Motor driven a ball screw-driven approach, valve controlled hydraulic cylinder-driven approach, pneumatic muscle-driven approach, hydraulic hybrid electric actuator-driven approach, piezoelectric ceramic-driven approach, Motor drive pulley cables-driven approach and so on. The advantage of Valve controlled hydraulic cylinder driven approach is high stiffness, Strong anti-interference capability, high Power - weight ratio and Torque – inertia ratio, Fast response, and wide system frequency band. It is critical to the consideration of parallel machine and motion simulation that theoretical research of the Stewart Platform is being carried.
The core of the dissertation is to design a drive mechanism for Stewart Platform to meet a certain requirements. Three parts of research are being managed to approach the goal.
To analysis and calculations the parameters of theoretical kinematics of the Stewart platform. Lay the emphases on the analysis of Moving platform position, speed acceleration and the relationship of corresponding parameters of the Supporting bar.
Design and check the drive mechanism of the Stewart platform. And kinematics simulate for the hydraulic servo system.
An optimization of Stewart platform design is put forward based on the above four parts of work. The mechanical design of every component of the Stewart Platform is accomplished finally.
Keywords Stewart Platform, kinematics, hydraulic servo system
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.2 选题的目的和意义 1
1.3 仿真用模拟器的组成 2
1.4 Stewart平台的机械结构组成 2
1.5 Stewart平台运动系统的关键技术及研究现状 2
1.5.1 Stewart平台系统的运动特点 2
1.5.2 Stewart平台运动系统的机构学理论 3
1.5.3 Stewart平台运动系统的驱动方式 4
1.5.4 六自由度运动系统的控制策略 4
1.6 Stewart平台的特点及应用 5
1.6.1 性能特点 5
1.6.2 技术特点 5
1.6.3 检测和控制特点 6
1.6.4 六自由度并联平台的应用 7
1.7 论文所要研究的主要内容 8
第2章 六自由度运动平台运动学研究 9
2.1 引言 9
2.2 六自由度运动平台结构 9
2.3 六自由度运动平台运动学 10
2.3.1 旋转变换矩阵 10
2.3.2 六自由度运动平台位置和速度反解 12
2.3.3 六自由度运动平台加速度反解 15
2.4 本章小结 16
第3章 Stewart平台的机械机构结构设计 17
3.1 液压缸的设计 17
3.1.1 液压缸主要尺寸的确定 18
3.1.2 液压缸结构设计中的几个问题 20
3.2 上、下平台虎克铰的设计 21
3.3 上、下平台台体的设计 24
3.4 本章小结 25
第4章 CAD和UG简介 26
4.1 参数化设计思想 26
4.2 机械设计方法的发展趋势 26
4.3 CAD技术发展概况 27
4.4 UG简介 30
4.5 运动仿真 32
4.6 运动仿真的创建 32
4.7 运动仿真中机构的运动形式 33
4.8 动画文件的创建 34
结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
附录 38
