新型气动混联三自由度运动感模拟器资料.pptVIP

目录 运动模拟器机构及系统介绍 元件的选定 机械结构设计 气缸的设计 致谢 运动模拟器机构及系统介绍 如右图所示为运动模拟器的基本结构。 通过并联机构，四根圆周均布的气动人工肌肉，控制上平台的各个角度的倾斜。 通过串联机构，气缸的伸缩，实现上平台的升降。 运动模拟器机构及系统介绍 右图为气动控制系统原理图。 利用电气比例阀控制气动人工肌肉内腔的压力，实现气功人工肌肉的收缩伸张。 利用比例方向控制阀控制气缸的进气排气，以控制上平台的升降。 系统参数的设定与计算 初步设定系统的气压为0.5MPa，其余系统参数设定如下： 序号 元件 尺寸（mm） 1 上平台 R 250 2 下平台 R 250 3 下平台套筒 R 100 H 600 4 上下平台距离 800 5 下平台底座距离 80 系统参数的设定与计算 另，上平台两自由度倾斜角度范围初步设定为±15°，上平台升降高度为550mm。 序号 元件 尺寸（mm） 6 正六边形底座 L 300 7 导杆 L 880 8 人工肌肉安装位置 R 200 9 导杆安装位置 R 160 元件的选定 气动人工肌肉的选型 初步选定Festo公司的气动人工肌肉。安装尺寸要求选定内径为40mm，选用进气口带压接接口的DMSP系列。 右图为DMSP-40系列的工作范围。因为运动模拟器的设计，气动人工肌肉在轴向方向所受拉力很小，可以忽略不计，所以在工作压力0.5MPa的情况下，气动人工肌肉的收缩率ε可达到25%。 元件的选定 气动人工肌肉的选型 考虑气动人工肌肉的长度。其长度主要受到三方面的限制：一是上下平台的距离，二是上平台的转动角度，三是肌肉在上下平台的安装位置。 且气动人工肌肉的收缩时，收缩量不超过初始长度的ε=25%；拉伸时，最大长度不能超过初始长度。 元件的选定 气动人工肌肉的选型 整理可得气动人工肌肉的长度范围为： 通过几何关系可得： 计算可得L的长度范围为： 最终元整L=450mm，一端进气。最终选取型号为DMSP-40-450-RM-CM。 元件的选定 气缸的选型 要求运动模拟器处置方向运动加速度不超过0.4 ，承载质量为乘坐者质量≤100kg，机构重量≤50kg。 气源压力0.5Mpa，效率选取为η=0.5，摩擦力忽略不计，得气缸内经： 圆整得D=100mm。 元件的选定 气动人工肌肉控制阀选型 初步选用SMC公司的电气比例阀控制气动人工肌肉内腔的压力。 计算单根气动人工肌肉的耗气量为Q=224L/min。根据电气比例阀的流量特性，选取控制阀的型号为ITV3050。3000型，压力范围为0.9Mpa，电源信号标准24V。 元件的选定 气缸控制阀的选型 假设气缸的最快往返时间为5s，得气缸的最大耗气量为600L/min。所以选定Festo公司的三位五通比例方向控制阀，型号为MPYE-5-M5-010-B。 MPYE系列，三位五通，接口尺寸M5，虚拟电压信号控制，B系列。 流量范围为100-2000L/min，压力范围为0-1MPa满足工作要求。 机构设计要点 上下平台的联接 运动模拟器运动过程中，下平台固定，上平台要实现两个自由度上的任意倾斜。所以上下平台的联接需要采用一至少两自由度的轴承联接，且确保上下平台的联接紧固。 采用如图所示的虎克铰联接上下平台，可以保证上平台的自由活动。且将角度传感器直接安装于虎克铰的中间轴上，直接监测上平台的运动角度，便于实现控制。 机构设计要点 气动人工肌肉自然伸张时不可弯折 由于运动模拟器的结构设计，在工作的初始状态下，需向气动人工肌肉内腔冲入设定压力的气体，进行初始收缩。但是在运动模拟器不工作时，气功人工肌肉自然伸张，若没有活动空间，就会导致气动人工肌肉的弯折。 采用如图所示的套杆，保证气功人工肌肉在工作状态和自然伸张状态之间有一定的轴向的活动空间，以使其不弯折。 机构设计要点 气动人工肌肉与上下平台的联接 气动人工肌肉在不同的动作时，由于上平台的两自由度的倾斜，需要至少两自由度的联接，且要保证上平台能够实现±15°的运动范围；而相对于下平台只有一个自由度的运动。 所以与上平台采用球头杆端关节轴承联接，与下平台采用与气动人工肌肉配套的关节轴承CRSGS和双耳环SGA联接。 运动模拟器装配图 气缸的设计 气缸安装形式的确定 根据运动模拟器的机构设计，以及其运动要求，气缸用过活塞杆的伸缩用以实现上平台在竖直方向上的升降。 由于负载在垂直方向上有动作要求，所以最终选用后缸盖法兰式连接，如图所示。 气缸的设计 缸筒 气缸筒选用圆筒形结构，选用材料为铝合金。 由