动车组驾驶模拟器运动系统机构设计与分析

论文摘要

随着我国高速铁路的快速发展,使得动车组司机培训技术需要进一步地提高,因此,开发具有运动体感模拟仿真系统的动车组驾驶模拟器具有重要的意义。本文设计了驾驶模拟器的运动机构,并对该机构进行了性能分析,为动车组驾驶模拟器的研发奠定了基础。在已有研究成果的基础上,设计了动车组驾驶模拟器运动系统的机构原形,建立了该机构的数学模型,提出了一种用雅克比矩阵迭代求解并联机器人位置正解的新方法,该方法所需要的条件少,只需要知道满足并联机器人机构方程的一组解以及雅克比矩阵就可以求解并联机器人的位姿正解,并且此方法可用于求解多种并联机器人的位置正解。采用工作空间边界点搜索算法搜索出并联机构的工作空间,以工作空间体积为评价指标,分析了并联机器人的机构参数对工作空间的影响,在此基础上进行了机构优化设计,选择了一组比较合理的机构参数。定义了动车组驾驶模拟器运动机构的运动学及静力学传递性能评价指标,并分析了各性能指标在工作空间内的分布规律。在Pro/E中建立虚拟样机模型,然后将其导入ADAMS仿真软件中对样机模型进行运动学和动力学分析,为动车组驾驶模拟器滚珠丝杠的设计及伺服电机的选择提供了依据。根据人体感知理论,提出了体感模拟仿真算法,用前庭系统感知模型对体感模拟算法进行了验证,并以CHR5型动车组为例,采用此算法计算出了驾驶模拟器的工作空间,为动车组驾驶模拟器的设计提供理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 运动模拟器概述
• 1.2 并联机器人的发展概况
• 1.3 选题意义
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 动车组驾驶模拟器运动机构的位置分析
• 2.1 概述
• 2.2 驾驶模拟器运动机构的机构模型
• 2.3 驾驶模拟器运动机构的数学模型
• 2.3.1 RPY 角坐标变换
• 2.3.2 运动机构的机构学方程
• 2.4 驾驶模拟器运动机构的位置分析
• 2.4.1 位置反解
• 2.4.2 位置正解原理及计算步骤
• 2.5 举例计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 驾驶模拟器运动平台的工作空间分析
• 3.1 概述
• 3.2 机构约束
• 3.3 工作空间边界点搜索算法
• 3.4 运动平台工作空间三维图的绘制
• 3.5 机构参数设计
• 3.6 具体算例分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 动车组驾驶模拟器运动机构的性能分析
• 4.1 概述
• 4.2 运动学传递性能分析
• 4.2.1 运动学传递性能指标
• 4.2.2 运动学传递性能指标在工作空间内的分布规律
• 4.3 静力学传递性能分析
• 4.3.1 力雅可比矩阵
• 4.3.2 静力学传递性能指标
• 4.3.3 静力学传递性能指标在工作空间内的分布规律
• 4.4 本章小结
• 第5章 动车组驾驶模拟器虚拟样机的仿真分析
• 5.1 概述
• 5.2 Pro/E 中模型的建立
• 5.3 ADAMS 仿真模型的转换及建立
• 5.3.1 设置工作环境
• 5.3.2 构件重命名及定义材料
• 5.3.3 定义运动副
• 5.4 仿真分析
• 5.4.1 运动学仿真
• 5.4.2 动力学仿真
• 5.5 本章小结
• 第6章 动车组驾驶模拟器体感模拟研究
• 6.1 概述
• 6.2 人体感知机制简述
• 6.3 体感模拟算法
• 6.3.1 体感模拟算法原理
• 6.3.2 体感模拟算法实例
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介