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機械開題報告模板范文

一、選題依據

1.設計(論文)課題來源

2.設計(論文)目的

通過本課題的研究將建立一套并聯平臺的運動學及動力學特性研究的理論及仿真方法體系，為平臺的實際應用提供可靠的理論依據。

3. 設計意義

汽車懸架系統是保證汽車平順性的一個重要組成，同時它也對汽車的安全性、操縱穩定性、通過性、燃油經濟性等多項性能都有影響。在動態行駛狀況下，懸架性能參數（如剛度、阻尼和非懸掛質量）直接決定著汽車車輪與路面之間的附著狀況。動態附著狀態的好壞則直接影響汽車行駛安全性，所以, 對懸架性能的檢測至關重要。在設計生產過程中，要將某種先進的懸架系統應用于汽車上，提高懸架系統的適應能力，保持最佳性能，就必須經過相應的試驗驗證；在使用過程中，也必須對汽車定期進行懸架性能的檢測，確保汽車懸架系統的主要構件(彈簧、減振器及導向裝置)的性能滿足使用要求。車用六自由度運動平臺可以應用于汽車懸架和輪胎等汽車構件的性能檢測。此六自由度運動平臺的主體部分是stewart并聯機構，它可以在空間六個自由度上做任意單自由度的運動及任意幾個自由度的復合運動，既可產生高頻響的快速運動，又可實現低速下的平穩運動，因此可以模擬汽車在實際道路上行駛時受到的各種振動工況，此運動平臺可用于精確測量。為了保證此運動平臺能夠并精確地、高質量地完成測量任務，本課題將對其進行運動學及動力學仿真分析，并研究其工作空間，為平臺的工作提供理論依據。運動學分析的目的是考察系統的速度和加速度特性，為后續分析奠定基礎；動力學分析是為了研究動平臺所提供的力（或動平臺的運動規律）與各軸驅動力之間的關系，為平臺的工作提供理論依據；對工作空間進行研究的目的是保證平臺正常工作和最大限度地利用工作空間，評價動平臺實現位姿的能力。綜上所述，本課題的研究是很有必要的，具有重要的理論及應用價值。本課題將建立一套并聯平臺的運動學及動力學特性的理論及仿真方法體系，為此類平臺的設計與應用奠定了的理論基礎，具有理論意義與創新性。

4.國內外現狀

六自由度并聯機構的運動平臺由于能夠模擬空間運動物體的運動狀態,近年來在飛機、艦船、潛艇、汽車等多類高等級模擬器中得到廣泛應用，許多學者對這種機構進行了大量的研究。縱觀并聯stewart機構的文獻，可以清楚地看到:有關運動學方面的研究比較多，相對也比較成熟，對于運動學正解來說，一般的stewart平臺型機構還無法得到可以實際應用的解析表達，人們在實際控制中大多采用數值解法，但這種方法卻無法保證一定能搜索到滿意的解，或者算法不穩定，或者過分依賴于初值，計算時間通常無法預測，因此仍需要尋求一種有效的數值解法；相對于運動學來說，對動力學研究地較少，這部分的工作尚未徹底進行，由于基于剛體動力學的建模過程十分復雜，如何有效消除關節處的內部作用力、建立主動關節驅動力與系統運動參數間的簡潔關系式并開發出相應的高效算法還有待于進一步研究；對于工作空間分析,從收集的文獻來看，有了一定的成果，大部分學者研究了其定姿態工作空間，對動姿態工作空間研究的相對較少，另外，還缺少一種高效率、高精度的數值解法。

5.發展趨勢

并聯機構在21世紀有著廣闊的發展前景，這類機構將越來越多地應用于各類運動仿真及高精度數控加工中，對并聯機構的研究將越來越深入。從運動學方面來說，將加強位置正解的研究,尋求高效率、高精度的數值解法和通用的解析算法。從動力學和機構學的角度出發，發展趨勢是：根據并聯機床的實際構型、動態特性和加工性能要求，進一步合理簡化動力學模型并尋求出相應的高效算法。對于并聯機構的工作空間，將對基于位置正解的并聯機器人工作空間分析做深入研究，尋求出一種簡單有效的求解工作空間的解析建模方法和計算方法，并提出一種詳盡而又易于使用的工作空間的描述方法。并聯機構的應用范圍將會越來越廣泛，它將在機器人、航空航天、水下作業、醫療、包裝、裝配、短距離運輸等許多行業得到廣泛的應用。

二、設計內容

本課題的側重點在于，以車用六自由度運動平臺為對象，從軟件仿真和理論分析兩方面來研究并聯平臺的特性，為應用并聯平臺進行汽車輪胎試驗、懸架導向機構特性試驗提供理論依據。具體內容如下：

1.運動學分析

對平臺進行運動學建模，實現對其運動學正解和逆解的求解，包括位姿﹑速度和加速度。并運用adams軟件進行仿真分析。

2.工作空間分析

對平臺的工作空間進行分析，在已知尺度參數和主動關節變量變化范圍條件下，求出其工作空間，評價動平臺實現位姿的能力。

3.動力學分析

分析總結lagrange方法、newton-euler方法、kane方法、虛功原理方法和d’alemdert原理方法等各種傳統的機械系統動力學建模方法的優缺點，選用一種方法建立運動平臺的動力學模型，進行計算，分析動平臺所受阻力與各軸驅動力之間的關系。用adams軟件進行仿真，研究其動力學性能。

三、設計方案

1.對車用六自由度運動平臺進行結構分析。分析平臺的結構特點，研究其構成原理及運動原理，為以后的建模計算提供可靠的依據。

2.運動學分析。利用位移矩陣法進行平臺的運動學分析，求出運動學逆解的解析解和運動學正解的數值解。用adams軟件進行運動學仿真，研究平臺的速度和加速度特性。

3.工作空間分析。在上述運動學分析的基礎上，用極坐標搜索法研究六自由度運動平臺工作空間分布。

4.動力學建模計算。比較各種建模方法的優缺點，在本課題中，擬采用d’alembert原理方法建立動力學模型，在此基礎上分析特定運動規律下動平臺的受力狀況與驅動力之間的關系，并用adams軟件進行仿真。在此過程中，應結合分析結果，對動力學模型不斷完善，以期得到比較理想的動力學模型。

5.工作總結與改進。分析所采用的方法是否簡潔高效，所建立的動力學模型是否符合實際，所得到的結果是否達到標準。對整個研究過程進行改進，得到一套完整的并聯平臺的運動學及動力學特性研究的理論及仿真方法體系。