Micro-Scale Motion Precision Simulation Method for a New-Type 6-DOF Micro-Manipulation Robot

A new 6-DOF micro-manipulation robot based on 3-PPTTRS parallel mechanisms in combination with flexure hinges is proposed. The design principle of the mechanism is introduced, and the kinematics analysis method based on differentiation is used to get the (inverse) kinematics equations. Then a micro-scale motion precision simulation method is proposed according to finite element analysis (FEA), and the prediction of robot’s motion precision in design phase is realized. The simulation result indicates that the 6-DOF micro-manipulation robot can meet the design specification.

虎克铰在6-UPU运动平台中的应用

为了提高飞行模拟器六自由度并联运动平台所承受大载荷的能力,提出一种以上、下两端铰链都采用虎克铰连接的6-UPU型运动平台。通过对传统虎克铰的结构进行优化设计,使得其体积小、质量轻、承载力大,上、下两种不同的结构形式更便于在6-UPU运动平台中安装,理论及实践证明整个系统结构布局合理、紧凑,具有仿真精度高、刚度大、运动平稳等优点。

飞行模拟器六自由度运动系统的关键技术及研究现状

作为飞行模拟器载体的并联六自由度运动系统是飞行模拟器非常重要的组成部分。其本质是由数字计算机实时控制并能提供俯仰、滚转、偏航、升降、纵向和侧向平移的六自由度瞬时过载仿真设备。本文从研制者的角度出发,评述了研制高性能飞行模拟器六自由度运动系统所需的关键技术及其国内外的研究进展。结合样机设计与制造的实践经验,提出亟需解决的若干理论与技术问题,以及解决这些问题的可行途径。

基于Google Earth的三维航迹监视及六自由度飞行仿真

提出了一种利用Google Earth二次开发能力实现飞机三维航迹监视和六自由度飞行仿真的新方法。使用KML语言描述飞机三维航迹和飞行姿态,通过Google Earth提供的可扩展接口引入飞机监视数据得到Google Earth上的飞机实时三维航迹及六自由度飞行仿真。系统采用B/S架构,客户端采用Google Earth浏览器,全部开发都在服务器端。提出了一种用飞机前后两个位置点空间连线矢量提取飞行姿态算法。用这种方式得到三维航迹简单直观,既可以用于三维航迹研究分析、实时航迹监视、六自由度飞行仿真,还可以作为一种新的航班动态查询工具。

交互式飞行视景仿真系统的设计与实现

基于六自由度运动模型,提出了Vega环境中飞行运动的数学表示及其C++语言描述方法,构建了通用的基于C++/Vega的交互式飞行视景仿真系统的驱动程序流程和模块化功能结构,并基于MFC构架利用Vega的实时仿真驱动开发了交互式的实时飞行视景仿真系统。该系统可与控制主机、光电跟踪设备一起形成控制闭环,模拟飞机对运动目标的跟踪过程,并将相应的飞行参数以仪表的显示方式输出,辅助用户测试和评估光电跟踪设备的性能。

飞行视景仿真系统研究与实现

针对视景仿真系统开发费用大、周期长的缺陷,提出了一种利用开源的Irrlicht图形渲染引擎的开发方法。首先,基于飞机六自由度运动模型,提出了Irrlicht环境中飞行运动数学表示和C++语言描述方法;通过对Irrlicht的二次开发,构建了交互式飞行视景仿真系统的模块化功能结构,仿真了一个逼真的飞行三维视景。基于以上设计,通过键盘输入命令来改变飞行状态,从而驱动Irrlicht图形渲染引擎,最终实现了飞机运动的交互式飞行视景仿真系统。通过试验可以证明,飞行视景仿真系统具有良好的交互性和实时性,可扩展性强,开发周期短,系统建设简单,使用方便等优点。

飞行模拟器洗出算法的改进及实现

为了使飞行模拟器能够在有限的工作空间内为飞行员提供逼真的动感,针对Stewart运动平台,研究了与之相应的体感模拟算法(洗出算法).针对经典洗出算法存在的缺陷提出了相应的改进方案,同时基于Matlab-Simulink建立数学模型,在此基础上,做了飞行动作曲线的仿真和分析.通过对比分析改进前后的洗出算法,验证了改进后洗出算法的准确性和有效性.

先进短距起飞垂直着陆飞机的建模与仿真研究

先进短距起飞垂直着陆(ASTOVL)飞行/推进综合控制技术的实现,需要进行大量的理论研究和仿真计算,以确定最优控制律。通过用全量非线性方程来描述的该类依靠气动舵面和推力矢量融合控制技术的飞机运动状态,建立了六自由度的飞机动力学数学模型。由于没有对刚体飞机数学模型和气动数据进行线性化处理,因而所建模型不仅能较全面地反映STOVL飞机的实际运行特性,而且具有较强的通用性。最后,以某型号STOVL飞机为背景,在MATLAB5.2/Simulink环境下研究和开发了飞行数字仿真器,介绍了仿真软件的设计思想和程序架构,并通过数字仿真验证了该仿真器的正确性。

飞行模拟器六自由度运动系统负载交联耦合的研究

以所研制的飞行模拟器液压六自由度运动系统试验样机为研究对象 ,通过建立运动系统的多通道数学模型 ,对并联六自由度运动系统的耦合特性作了定性分析 ,探讨了该类控制系统的特点和适用的控制策略 ,并在试验样机上作了实验研究 ,从理论和实践上对并联六自由度运动系统的负载交联耦合特性作了深入的研究。

飞行模拟器六自由度运动系统的实验研究

介绍了自主研制的飞行模拟器液压六自由度运动系统试验样机,并以该样机为试验研究对象,对其控制系统的特点和适用的控制策略作了探讨,提出了具有输入、输出前馈补偿的模糊自适应PID控制策略。并用该控制方法,对并联六自由度运动系统的运动性能作了实验研究,结果表明所研制的试验样机是成功的,为飞行模拟器六自由度运动系统的工程实践和并联六自由度运动系统在其它领域中的扩大应用奠定了一定基础。

基于模糊CMAC的飞行模拟机六自由度平台的复合控制

针对飞行模拟机六自由度平台电液位置伺服系统的负载变化大、非线性程度高、易受外界干扰等特点,提出采用模糊CMAC神经网络控制策略来提高系统的性能,给出具体的网络控制结构和算法,并在MATLAB上进行了仿真。仿真结果表明,该方法具有较强的自适应能力和鲁棒性,适用于六自由度平台的电液位置伺服系统。

基于Google Earth的三维飞行仿真系统设计

提出了一种利用Google Earth二次开发能力实现飞机六自由度飞行仿真的方法,使用KML语言描述了地景中的三维参考航线和飞行姿态,将Google SketchUp建立的飞机三维模型导入到Google Earth中,通过面向对象的编程思想,利用Microsoft VC++6.0对Google Earth进行控制,实现仿真系统的人机交互功能;系统采用B/S结构,客户端采用Google Earth浏览器,全部开发都在服务器端;系统运行结果表明:该系统可逼真地模拟飞机飞行;系统还可以用于三维航迹研究分析、实时航迹监视等,具有广阔的开发前景。

基于Matlab的飞行模拟机运动平台仿真建模研究

从飞行模拟机运动平台的基本结构和运动平台的坐标系入手,简要介绍了运动平台的空间运动特性和运动学逆向分析原理,应用了计算机仿真软件Matlab中的Simulink程序,通过模块化的结构图和连线图,将抽象的运动学模型在计算机环境中进行建模和动态仿真,输出运动曲线图以方便研究。该研究揭示了运动轨迹曲线中六根电动腿长度变化和运动平台位姿变化之间的关系,验证了运动平台运动学逆向分析的正确性和完整性,为进一步开展六自由度运动平台的动力学和控制系统的研究提供了理论基础。

洗出滤波算法在飞行模拟器中的应用

介绍了六自由度运动平台的洗出滤波算法及其在飞行器地面滑跑阶段的实现。根据飞行仿真模块的输出,通过坐标变换、比例限制、信号洗出和滤波等,形成运动平台的驱动信号。该算法在不增加系统硬件的前提下,充分利用液压缸现有行程,逼真地模拟飞机俯仰、滚转、偏航、升降、纵向和侧向平移运动。

TAWS测试系统的飞行仿真激励技术

飞机航电综合环境监视系统,主要实现飞机飞行过程中回避危险地形发出预警的功能。为对TAWS系统的性能进行测试,提出了一种飞机仿真激励技术。激励技术的难点在于在TAWS的测试中如何触发不同模式的告警。为解决上述问题,以波音737飞机公开数据为飞行仿真基本参数,结合TAWS系统典型告警模式,设计并实现了固定翼飞机的六自由度飞行仿真、横纵向经典多回路自动飞行控制系统设计和仿真场景编辑器。在软件系统设计完成后,通过近地告警系统的三种典型告警模式对仿真算法和软件的实际运行分别进行了测试和实验,验证了测试的有效性,实现了对TAWS进行性能测试的仿真激励。

缩比模型飞行试验相似准则研究

针对全尺寸飞机直接进行飞行试验存在风险大、成本高的问题,利用缩比模型进行相关试验。在风洞试验相似准则的基础上,从飞机的六自由度运动方程入手,利用相似定理研究缩比模型飞行试验遵循的运动相似准则和飞行控制系统相似准则。以某型固定翼飞机为例,对缩比模型与全尺寸飞机进行开环和闭环六自由度仿真,并验证所推导的相似准则。结果表明,试验结果能准确反映原机的稳定和控制特性。

直升机飞行训练系统的研究与应用

直升机飞行训练系统具有安全、经济、可复现且不受气象条件影响等特点。针对直升机飞行训练的实时仿真问题,开发了一套基于六自由度并联平台和虚拟现实(VR)技术的直升机飞行训练系统。该系统可使飞行员在控制操纵杆体验模拟飞行时,同时具有体感和观感的沉浸感。以六自由度并联平台为运动模拟平台,建立与直升机姿态对应的运动学反解模型;结合VR视景,可以逼真地模拟直升机在实际飞行中的各种环境和动作。该系统可以帮助飞行员完成训练科目,具有承担部分训练工作的功能。该系统可为直升机飞行训练提供新方向。