副標(biāo)題#e#    0前言
   
    虛擬樣機技術(shù)是建造物理樣機前對設(shè)計對象在計算機上建立的虛擬模型機，利用其完成設(shè)計對象功能的可行性及其工作性能的分析，更好地理解系統(tǒng)的運動特性、動力特性，比較設(shè)計方案，優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品質(zhì)量和機械設(shè)計效率等。仿真模型的建立和模擬現(xiàn)實條件是虛擬樣機的重要基礎(chǔ)。筆者設(shè)計的六自由度液壓平臺因其自由度較多，正過程的運動仿真比較困難，進(jìn)行運動逆過程的仿真，即給定末部執(zhí)行器的運動軌跡或運動參數(shù)，來研究各驅(qū)動液壓缸的運動參數(shù)和特性，包括平臺的建模、仿真運動過程、極限位置、最大運動量、干涉等。
   

    1 液壓平臺的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計
   
    液壓六自由度運動平臺本體結(jié)構(gòu)包括上、下平臺，變長桿系統(tǒng)，鏈接上、下平臺和變長桿的鉸接元件，力傳感元件，位移傳感元件等，如圖1所示。
   
    下平臺為固定平臺，上平臺是可動平臺，采用6根變長桿機構(gòu)驅(qū)動。6根變長支桿采用鉸接在上、下平臺之間的液壓缸進(jìn)行運動驅(qū)動。從模仿人肌肉的角度出發(fā)，為體現(xiàn)機構(gòu)、檢測一體化的思想，將力傳感器分別集成在液壓平臺的2個平臺間的6個液壓缸的缸桿上，用6個一維拉、壓傳感器檢測1個六維力。
   
    位移檢測元件位移傳感器選用FX.11型直流差動變壓器式位移傳感器。它把振蕩器、相敏解調(diào)器與差動變壓器封裝在一起，只需提供穩(wěn)定的直流電源，就能獲得與位移量成線性關(guān)系的直流電壓輸出。鉸接元件，采用萬向節(jié)鉸接設(shè)計。這樣，在支路上，上、下萬向節(jié)各有2個轉(zhuǎn)動的自由度，液壓缸伸縮有1個移動自由度，缺少的1個轉(zhuǎn)動自由度由液壓缸和液壓活塞桿的相對轉(zhuǎn)動實現(xiàn)。
   
    按照上面的設(shè)計原則，采用的結(jié)構(gòu)尺寸：上、下鉸接元件的分布圓半徑分別為上平臺半徑ra=300mm，下平臺半徑rb=600mm，液壓缸行程為60mm，上、下平臺的初始位置高度為h=1.5ra的負(fù)二次方，上、下鉸接點之間的距離和上平臺端鉸接元件的分布圓之間的關(guān)系滿足：l*l=4．5r*r另外，為了保證鉸接元件運動副運動空間的充分利用，采用支座設(shè)計使鉸接元件在液壓缸的中間工作位置時處在原始狀態(tài)(即鉸接元件的軸線重合狀態(tài))。
   

    2虛擬樣機的建立與仿真
   
    SW是美國SolidWorks公司生產(chǎn)的完全基于NT／Windows平臺的集三維機械設(shè)計(CAD)、機構(gòu)運動仿真分析和結(jié)構(gòu)有限元分析(CAE)、計算機輔助制造(CAM)、大型企業(yè)管理(PDM)等各種功能為一體的軟件。利用SW對六自由度液壓平臺進(jìn)行建模和運動分析，必須以三維實體為基礎(chǔ)，合理選擇運動副和定義連桿的運動驅(qū)動，從而實現(xiàn)六自由度液壓平臺的正確運動仿真。同其它方法相比，該方法可以很容易解決看起來很復(fù)雜的機構(gòu)系統(tǒng)仿真問題。依托SW強大的運動分析功能，能精確地對研究對象進(jìn)行空間運動位置及運動參數(shù)的計算，并可以得出漂亮的虛擬現(xiàn)實的動畫演示，能夠很好地解決復(fù)雜機構(gòu)的運動規(guī)律問題。通過建立虛擬仿真環(huán)境進(jìn)行仿真試驗研究，可以降低實驗成本，提高實驗效率。并且能夠?qū)\動狀態(tài)進(jìn)行仿真，檢查機構(gòu)設(shè)計的合理性等，對實際樣機的設(shè)計具有重要的參考和指導(dǎo)價值。
   
    2．1 零件建模
   
    機構(gòu)設(shè)計是和造型設(shè)計合為一體的，所以必須在零件模式下繪出零件的立體模型。SolidWorks是非常有效的三維設(shè)計軟件，利用軟件進(jìn)行實體建模十分方便。根據(jù)部件的形狀和尺寸，在SolidWorks軟件的零件模塊中利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等特征創(chuàng)建方式建立各個零件的模型。在建模過程中，一定要充分利用各零部件之間的位置關(guān)系和連接關(guān)系，選擇合適的草繪平面、參照平面及特征的生成方式，即通過合理地設(shè)定各零件之間的父子關(guān)系，以盡量減少部件上的定位尺寸，提高設(shè)計效率。這里不做具體分析，主要零部件的建模結(jié)構(gòu)如圖3所示。
   

    利用SW軟件的零件建模模塊(Parts)生成六自由度液壓平臺各零件的三維模型，其中平臺的基座、上平臺與液壓缸聯(lián)接用萬向節(jié)的聯(lián)接座，設(shè)計比較復(fù)雜和困難，因其接觸配合面為一空間面，與坐標(biāo)平面無任何位置關(guān)系，又要保證下動板處于中間位置時，液壓缸和兩側(cè)的萬向節(jié)的4個叉形接頭軸線重合，并要保證與基座相接的萬向節(jié)回轉(zhuǎn)中心分布在直徑600mm的圓上，與下動板相接的萬向節(jié)回轉(zhuǎn)中心分布在直徑300mm的圓上，萬向節(jié)兩兩成對，共3對，每對回轉(zhuǎn)中間距80mm，圓周分布(參考圖1和圖6)。所以要經(jīng)過精確空間位置計算，利用構(gòu)建輔助線、輔助面、拉伸等方法完成建模。