摘要
六自由度运动模拟器作为一种重要的运动仿真手段而被飞行、船舶、娱乐等领域广泛应用，本文提出一种以并联机构为基础的六自由度运动模拟器，对该运动模拟器进行了运动学、运动/力传递性能和整体刚度性能分析，基于算法的多指标结构参数优化，根据优化结果进行运动模拟器的样机设计、制备和实验验证等工作，主要研究内容可归纳如下： 对运动模拟器构型进行分析，建立相应的坐标系，运用螺旋理论对该构型进行运动性能分析，运用修正的G-K公式进行自由度计算，得出结论：末端运动平台始终拥有六个自由度。 建立运动模拟器的几何模型并应用闭环矢量法建立闭环矢量方程，联立方程得出运动学逆解表达式，使用SolidWorks中的motion仿真模块对运动学逆解进行验证。对运动模拟器建立的几何模型进行速度分析，推导出速度表达式，得出速度雅克比矩阵，依据雅克比矩阵推导出运动模拟器的奇异位形。考虑实际的情况，通过避免奇异位形和限制结构尺寸等条件，迭代计算出工作空间，并绘制工作空间图。 对运动模拟器进行运动/力传递性能指标的分析与评价，依据该指标得出运动/力传递性能图谱。运用参数无量纲化方法基于运动/力性能指标对运动模拟器进行结构尺寸优化，对优化空间内的各个点进行指标运算并绘制出优化空间图，得到无量纲参数三维图，找出基于该指标的最优解，对比优化前和优化后的结果。 利用螺旋理论对运动模拟器的各个分支进行受力分析，得到杆件应变能解析表达式，汇总后得到分支的总应变能，通过卡式第二定理得到分支刚度矩阵，最后通过变形协调方程得到运动模拟器整体的刚度矩阵。建立刚度指标对运动模拟器静刚度性能进行评判，在ANSYS中建立刚度模型进行验证。得出理论静刚度模型与有限元模型之间的误差范围。 综合运动/力传递性能指标与静刚度指标对运动模拟器进行多目标性能优化，目的是为了在运动/力传递性能好的情况下尽量使其刚度性能提高，为后续样机设计提供理论依据。根据NSGA2遗传算法得出了一系列优化尺寸参数，并根据实际情况选定一组参数为样机的尺寸依据。 依据优化的结构参数为基础，设计并制备运动模拟器实验样机，搭建样机控制系统，对样机进行运动学控制实验，实现对运动模拟器运动轨迹的控制，展望未来工作。
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