一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的仿真平臺(tái)及其實(shí)施方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)備領(lǐng)域，具體來說，涉及一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的 仿真平臺(tái)及其實(shí)施方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輛等交通工具工作環(huán)境復(fù)雜，其上安裝的高精度車載光學(xué)儀器一直處于顛簸狀 態(tài)，該運(yùn)動(dòng)譜由高頻率小幅振動(dòng)和低頻率大幅搖擺疊加而成，因此如何真實(shí)再現(xiàn)車輛行進(jìn) 間的運(yùn)動(dòng)模擬是研發(fā)仿真設(shè)備亟需解決的問題。并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于具有精度高、動(dòng)力學(xué)性能好、 承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊等突出優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于車輛、艦船、飛機(jī)等交通工具的運(yùn) 動(dòng)模擬領(lǐng)域。傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)對(duì)低頻大幅搖擺的仿真效果較好，但很難同時(shí)對(duì)高頻小幅 振動(dòng)進(jìn)行模擬，因此使載體設(shè)備在真實(shí)環(huán)境中的模擬應(yīng)用受到了很大限制。
[0003] 隨著運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對(duì)其負(fù)載能力、運(yùn)動(dòng)精度、動(dòng)態(tài)性能等方 面提出了更高的要求。并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)部分大多數(shù)由電動(dòng)缸或液壓缸實(shí)現(xiàn)，采用電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng) 時(shí)，具有過載能力強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)高精度伺服控制、移動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，但其輸出力矩有限，不能夠 對(duì)大型載體設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬；當(dāng)采用液壓缸驅(qū)動(dòng)時(shí)，平臺(tái)能夠承受重載，但是液壓系統(tǒng)體 積大、元件易泄漏、維護(hù)成本高、對(duì)溫度敏感、移動(dòng)性差等缺點(diǎn)限制了其在運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)中 的發(fā)展應(yīng)用。另外，仿真平臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)需要精密光學(xué)儀器進(jìn)行測量，不僅增加系統(tǒng)成本，而 且測量參數(shù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性無法保證，這也降低了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度及動(dòng)態(tài)性能。
[0004] 綜上所述，由于現(xiàn)行仿真平臺(tái)實(shí)施過程中無法真實(shí)模擬車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)、只能進(jìn)行 開環(huán)或半閉環(huán)反饋控制、負(fù)載/驅(qū)動(dòng)器功率比值小等技術(shù)問題，其試驗(yàn)得到的車載設(shè)備運(yùn) 動(dòng)特性無法真實(shí)反映工程實(shí)際。事實(shí)上，試驗(yàn)得到的車載設(shè)備隨車輛運(yùn)動(dòng)的特性往往要優(yōu) 于工程實(shí)際中的運(yùn)動(dòng)特性，采用現(xiàn)行仿真系統(tǒng)得到的車載設(shè)備性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其安 全性能、工作精度與工程實(shí)際差別較大，嚴(yán)重影響車載設(shè)備作用的發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可同時(shí)模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)、能承 受重載并具有運(yùn)動(dòng)參數(shù)實(shí)時(shí)檢測功能的仿真平臺(tái)及其實(shí)施方法。
[0006] 本發(fā)明所述的一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的仿真平臺(tái)，所述并聯(lián)式雙驅(qū)動(dòng)仿真 平臺(tái)包括輸出平臺(tái)、調(diào)姿平臺(tái)和檢測分支；所述輸出平臺(tái)包括動(dòng)平臺(tái)1、球鉸2、直線運(yùn)動(dòng)執(zhí) 行器3和萬向鉸4 ;所述調(diào)姿平臺(tái)包括導(dǎo)軌座10、定平臺(tái)7、滑塊5、伺服電機(jī)6、直線導(dǎo)軌9、 滾珠絲杠8、基座12和靜載平衡裝置11，該靜載平衡裝置11包括鋼絲繩14、定滑輪A15、壓 板16、雙立柱17、定滑輪B18、吊環(huán)19、配重20、立柱座21 ;所述動(dòng)平臺(tái)1的形狀為六邊形或 矩形，其邊沿均勻分布有安裝孔；所述球鉸2共六個(gè)，相鄰兩個(gè)設(shè)為一組，該球鉸2的上鉸座 通過螺釘與動(dòng)平臺(tái)1的安裝孔進(jìn)行連接；所述直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器3的一端與球鉸2連接，另一 端與萬向鉸4連接；所述球鉸2由軸線互相垂直且相交于一點(diǎn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成；所述萬 向鉸4固定連接于滑塊5上表面，其由軸線互相垂直且相交于一點(diǎn)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成；所述 導(dǎo)軌座10共六個(gè)，相鄰兩個(gè)設(shè)為一組，均勻固定于定平臺(tái)7上，每組導(dǎo)軌座10中心線互相 平行且垂直于定平臺(tái)7對(duì)應(yīng)側(cè)面，相鄰兩組導(dǎo)軌座10中心線夾角為120° ;所述導(dǎo)軌座10 的外側(cè)設(shè)有伺服電機(jī)6,上側(cè)設(shè)有兩條互相平行的直線導(dǎo)軌9 ;所述滾珠絲杠8安裝于導(dǎo)軌 座10的兩條直線導(dǎo)軌9之間，其一端與伺服電機(jī)6的輸出軸連接，另一端與導(dǎo)軌座10頂端 軸承座連接；所述滑塊5的兩側(cè)卡在直線導(dǎo)軌9上，其中間通過螺紋安裝于滾珠絲杠8上， 其前端與鋼絲繩14的一端連接，該鋼絲繩14的另一端繞過設(shè)在導(dǎo)軌座10及壓板16上的 定滑輪A15、定滑輪B18與設(shè)在配重20上的吊環(huán)19連接；所述配重20兩側(cè)設(shè)有雙立柱17， 以保證配重20沿豎直方向移動(dòng)，該雙立柱17兩端分別固定在壓板16及立柱座21上；所述 壓板16及立柱座21分別通過螺栓安裝孔與導(dǎo)軌座10及基座12連接；所述配重20共六 個(gè)，其總質(zhì)量為輸出平臺(tái)及載體設(shè)備重量總和的90% -150% ;所述基座12上設(shè)有安裝孔， 其使用螺栓與上方的定平臺(tái)7進(jìn)行連接；所述檢測分支采13用UPS運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)，其頂端的 檢測分支球鉸22安裝于動(dòng)平臺(tái)1下表面中心，其底端的檢測分支萬向鉸31安裝于基座12 上表面中心，其移動(dòng)副由檢測分支伸縮桿26及支撐筒27的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；所述檢測分支球 鉸22由三個(gè)單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)，軸線匯交點(diǎn)與動(dòng)平臺(tái)1上六個(gè)球鉸2的中心點(diǎn)共面；所 述檢測分支萬向鉸31由兩個(gè)單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)，軸線匯交點(diǎn)位于定平臺(tái)7和基座12之 間；所述檢測分支的單自由度運(yùn)動(dòng)副處均分別安裝傳感器，其中，檢測分支球鉸22及檢測 分支萬向鉸31處安裝編碼器，移動(dòng)副處安裝光柵尺28 ;所述檢測分支球鉸22及移動(dòng)副處 傳感器的精度與動(dòng)平臺(tái)1轉(zhuǎn)動(dòng)及垂直移動(dòng)所要求的檢測精度等級(jí)一致；所述檢測分支萬向 鉸31處傳感器的精度要比動(dòng)平臺(tái)1水平移動(dòng)所要求的檢測精度高2~3個(gè)等級(jí)；所述檢測 分支球鉸22包括編碼器A23、編碼器B24、編碼器C25、球鉸上鉸座32、球鉸預(yù)緊螺釘33、球 鉸端蓋34、球鉸傳感器安裝板35、球鉸十字軸36、球鉸角接觸軸承37、球鉸密封蓋38、球鉸 下鉸座39,其具體裝配方式為：將檢測分支伸縮桿26上端插入球鉸下鉸座39軸承孔中，依 次將球鉸密封蓋38和球鉸角接觸軸承37從上側(cè)裝入并與檢測分支伸縮桿26過盈配合，使 用球鉸傳感器安裝板35和球鉸預(yù)緊螺釘33對(duì)上述零件進(jìn)行固定和預(yù)緊，最后將編碼器C25 固定于球鉸傳感器安裝板35上；將球鉸十字軸36插入球鉸下鉸座39軸承孔中，依次將球 鉸密封蓋38、球鉸角接觸軸承37從外側(cè)裝入球鉸下鉸座39軸承孔中并使軸承內(nèi)圈與球鉸 十字軸36過盈配合，使用球鉸端蓋34、球鉸傳感器安裝板35和球鉸預(yù)緊螺釘33進(jìn)行固定 和預(yù)緊，最后將編碼器B24固定于球鉸傳感器安裝板35上；將球鉸十字軸36插入球鉸上鉸 座32軸承孔中，依次將球鉸密封蓋38、球鉸角接觸軸承37從外側(cè)裝入球鉸上鉸座32軸承 孔中并使軸承內(nèi)圈與球鉸十字軸36過盈配合，使用球鉸端蓋34、球鉸傳感器安裝板35和 球鉸預(yù)緊螺釘33進(jìn)行固定和預(yù)緊，最后將編碼器A24固定于球鉸傳感器安裝板35上；所述 檢測分支萬向鉸31包括編碼器D29、編碼器E30、萬向鉸上鉸座40、萬向鉸預(yù)緊螺釘41、萬 向鉸端蓋42、萬向鉸傳感器安裝板43、萬向鉸角接觸軸承44、萬向鉸密封蓋45、萬向鉸十字 軸46、萬向鉸下鉸座47,其具體裝配方式為：將萬向鉸十字軸46插入萬向鉸上鉸座40軸承 孔中，依次將萬向鉸密封蓋45、萬向鉸角接觸軸承44從外側(cè)裝入萬向鉸上鉸座40軸承孔 中并使軸承內(nèi)圈與萬向鉸十字軸46過盈配合，使用萬向鉸端蓋42、萬向鉸傳感器安裝板43 和萬向鉸預(yù)緊螺釘41進(jìn)行固定和預(yù)緊，最后將編碼器D29固定于萬向鉸傳感器安裝板43 上；將萬向鉸十字軸46插入萬向鉸下鉸座47軸承孔中，依次將萬向鉸密封蓋45、萬向鉸角 接觸軸承44從外側(cè)裝入萬向鉸下鉸座47軸承孔中并使軸承內(nèi)圈與萬向鉸十字軸46過盈 配合，使用萬向鉸端蓋42、萬向鉸傳感器安裝板43和萬向鉸預(yù)緊螺釘41進(jìn)行固定和預(yù)緊， 最后將編碼器E29固定于萬向鉸傳感器安裝板43上。
[0007] 本發(fā)明所述的一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的仿真平臺(tái)，所述動(dòng)平臺(tái)1采用航空 鋁合金材料制成，其外接圓直徑為1. 5~3. 0m。
[0008] 本發(fā)明所述的一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的仿真平臺(tái)，所述定平臺(tái)7為六邊 形，其外接圓直徑為動(dòng)平臺(tái)1外接圓直徑的2倍，其短邊與長邊長度比例為0. 5。
[0009] 本發(fā)明所述的一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的仿真平臺(tái)，所述基座12為圓臺(tái)形 狀，其圓臺(tái)上圓面與下圓面直徑比例為〇. 4~0. 8。
[0010] 本發(fā)明所述的一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的仿真平臺(tái)，所述定平臺(tái)7和基座12 均采用碳鋼材料制成。
[0011] 本發(fā)明所述的一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的仿真平臺(tái)的實(shí)施方法，所述實(shí)施方 法包括以下步驟：a)獲取車輛運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并利用線性插值法建立六維位姿與運(yùn)行時(shí)間的變 化曲線，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置；b)將所述運(yùn)動(dòng)曲線按頻率高低向輸出平臺(tái)及調(diào)姿平臺(tái)分解； c)利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型將輸出平臺(tái)及調(diào)姿平臺(tái)運(yùn)動(dòng)映射為其直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器3及伺服電 機(jī)6的位移變化數(shù)據(jù)；d)對(duì)所述兩種位移變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過控制器生成輸出信號(hào)； e)通過所述輸出信號(hào)控制所述兩種驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。
[0012] 本發(fā)明所述的一種模擬交通工具高低頻運(yùn)動(dòng)的仿真平臺(tái)的實(shí)施方法，所述系統(tǒng)參 數(shù)設(shè)置包括伺服周期設(shè)置、運(yùn)行時(shí)間設(shè)置、曲線間隔設(shè)置、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)置，其中直線運(yùn)動(dòng)執(zhí) 行器移動(dòng)范圍為-20~20mm、伺服周期為4ms、運(yùn)動(dòng)曲線間隔為250幀/秒；伺服電機(jī)移動(dòng) 范圍為-700~700_、伺服周期為10ms、運(yùn)動(dòng)曲線間隔為100幀/秒；運(yùn)行時(shí)間與車輛運(yùn)動(dòng) 數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間一致。
[0013] 本發(fā)明所述的一種