1、多自由度安装、调节平台概述

多自由度运动平台是一种复杂的结构科学,按自由度数可以分为:6自由度平台和少数自由度平台。按照平台实现运动的方式可以分为:串联机构和并联机构。

串联机构多自由度运动平台是指利用串联机构构建的多自由度运动平台,串联机构是指将若干个单自由度的机构顺序连接,使每一个前置机构的输出运动作为后续机构的输入运动的组合方式。[2]串联机构运动范围大,操作灵活,运动学正反解容易,但是串联机构的刚性差,负载能力较弱,串联机构在机器人领域得到广泛的应用。

并联机构多自由度运动平台是指利用并联机构构建的多自由度运动平台,并联机构是指利用运动合成的原理,将若干个分支机构汇合于后续机构的组合方式。并联机构承载能力强,运动刚度好,但是正反解难度较大,并联机构主要用于多自由度模拟平台的设计制造。

2、多自由度安装、调节平台国内外研究现状

目前,世界上单独对二自由度移动平台进行研究的资料较少,但是研究多自由度安装调节平台的资料比较多,二自由度移动平台是多自由度安装调节平台研究的基础,对多自由度安装调节平台的研究有助于二自由度运动平台的设计。多自由度运动平台早期的研究主要用于军事目的。美国辛格.林克-麦克斯公司研制的用于MD-82MD-88飞行模拟器的ImageIV高分辨率纹理全天候视景系统和Awards广角显示系统以及用于F-16战术飞行模拟器上的生理感受模拟系统均具有世界一流水平[3]。当代研制的多自由度运动平台除军事目的外,更多的运用到民用领域,例如:由VI-grade公司为Farrali公司设计,日本的Saginomiya工程建造和生产的,用于开发、测试和评估新的车辆模型的九自由度的DIM平台,代表着行业的先进水平。美国的JohnE.Hughey和Huntsville研究的运动平台[4],可以实现四个自由度的自动调整和一个自由度的手动调整。

国内对多自由度运动平台的研究起步虽然较晚,但是随着国内科研能力的逐步提高,正在缩小与发达国家之间的差距。目前,国内已有众多的企业从事多自由度运动平台的设计工作。

自从Stewart平台机构推出以来,各国学者纷纷对并联多自由度运动平台进行了广泛而深入的研究。上海交通大学机电控制研究所的周爱国等人设计的气动人工肌肉并联多自由度平台,通过使用三根气动人工肌肉实现安装平台在多个自由度方向上的姿态调整,具有结构简单、输出力/自重比大和无相对活动部件的特点。华中科技大学的谢艳平设计的具有360度回转功能的六自由度运动平台,采用6个液压缸以及伺服电机和谐波减速器作为驱动单元,可以很好的模拟潜艇在水下的横摇、纵倾,以及任意角度的转动运动。

浙江大学设计的一种可安装在移动车辆上的四自由度电液控制运动平台,采用电液比例控制各个自由度的运动,可在一定范围内对负载进行位置和姿态调整,安装在移动车辆上后可以完成对悬挂物的机械化挂装[5]。

中国农业机械化科学研究院设计的多自由度航空发动机安装平台,采用伺服电机和滚珠丝杠作为驱动单元,解决了传统航空发动机装配设备存在的自动化程度低、安装精度差和装配效率低等问题,大大地提高了航空发动机的装配效率和装配质量。

泰州职业技术学院设计的多自由度移动式液压升降平台,采用伺服电机和滚珠丝杠以及液压缸作为驱动单元,具有多自由度运动特性,从而可以实现大惯量部件装配是的高校精密定位[6]。

北京理工大学设计的一种特型多自由度对接装置,采用液压和电机作为驱动单元,可以实现六个自由度方向上的运动[7];由深圳先进技术学院发明的多自由度放射治疗床,具有三维空间内全方位六自由度的运动能力和充足的运动范围。

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