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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
論 文 題 目： 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì) 學(xué) 院：
專(zhuān) 業(yè) 、班 級(jí)：學(xué) 生 姓 名：（職稱(chēng)）：
年
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求
開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題；
2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線(xiàn)或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)；
3. 開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專(zhuān)業(yè)可根據(jù)需要手寫(xiě)在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計(jì)）題目車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì) 2．研究領(lǐng)域
連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、剪叉機(jī)構(gòu)、機(jī)電一體化
3. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
隨著社會(huì)快速的發(fā)展，科技的進(jìn)步，交通運(yùn)輸工具的平穩(wěn)度越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。如果在交通中平穩(wěn)度達(dá)到一定的要求值，就可以大大減少運(yùn)輸中帶來(lái)的交通事故和經(jīng)濟(jì)損失。從多方面考慮，針對(duì)這一問(wèn)題提出了一種車(chē)載穩(wěn)定移動(dòng)平臺(tái)，主要有兩個(gè)方面的運(yùn)用，一方面運(yùn)用在快遞公司里，作為一種運(yùn)輸貨物的智能車(chē)，另一方面作為一種自穩(wěn)平衡裝置，運(yùn)用在大型車(chē)輛車(chē)廂上。
對(duì)于現(xiàn)在的大型快遞公司，存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)空間和貨物數(shù)量都非常大，貨物的擺放也非常密集，所以需要一個(gè)能夠自由旋轉(zhuǎn)、多方位移動(dòng)、運(yùn)輸貨物平穩(wěn)快捷又安全的可升降存取貨物的智能運(yùn)輸車(chē)。對(duì)于上述特點(diǎn)的智能車(chē)在運(yùn)輸過(guò)程中，能夠使載物平臺(tái)始終處于平衡的狀態(tài)，無(wú)論在上下坡還是凹凸不平的地面都能使物體安全、保質(zhì)保量的平穩(wěn)運(yùn)輸。在有高架臺(tái)的存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)里，此智能車(chē)可通過(guò)無(wú)線(xiàn)遙控器來(lái)控制載物平臺(tái)升降，并可確定升降高度，更加準(zhǔn)確方便的裝卸貨物。智能車(chē)的底盤(pán)采用最新全向輪裝法，可以任意角度旋轉(zhuǎn)、多方位移動(dòng)，更加快速準(zhǔn)確方便尋找到貨物。綜合以上功能， 此車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)在工廠和大型快遞公司上的運(yùn)用可以極大減少勞動(dòng)力輸出，減少運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)品損壞的經(jīng)費(fèi)，提高貨物的運(yùn)輸效率，保證貨物的質(zhì)量。
車(chē)載平臺(tái)最大意義在于，無(wú)論周?chē)h(huán)境怎樣變化都可以通過(guò)調(diào)整載體平臺(tái)運(yùn)動(dòng)和姿勢(shì)變化從而始終保持水平（相對(duì)大地穩(wěn)定）。針對(duì)此特點(diǎn)，①可以在交通運(yùn)輸上能夠保證自適應(yīng)自穩(wěn)移動(dòng)，平臺(tái)始終不晃動(dòng)，減少了運(yùn)輸途中經(jīng)濟(jì)損失、危險(xiǎn)事故發(fā)生， 大大提高行車(chē)的安全性能。②提供旅游途中舒適的環(huán)境，緩解人們?cè)诼吠局械钠诔潭?，是一個(gè)人性化的裝置。③在船業(yè)上，可以實(shí)現(xiàn)在海洋上平穩(wěn)航行，為民船和軍事用船提供平穩(wěn)地航海環(huán)境。④可以在火山多發(fā)地震帶地區(qū)，在建筑上運(yùn)用此原理，從而實(shí)現(xiàn)在地震發(fā)生時(shí)保持建筑的平穩(wěn)（由于力的提供等原因可能實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難）。研究表明，該平臺(tái)在很多領(lǐng)域都能起到非常有效的作用。如果平臺(tái)裝置能夠投入生產(chǎn)， 將加快交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，提高運(yùn)輸?shù)男屎蜏p少途中因道路原因?qū)е陆?jīng)濟(jì)損失、交通事故，進(jìn)而滿(mǎn)足人們的生活、生產(chǎn)的要求，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
穩(wěn)定平臺(tái)一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注對(duì)象, 被廣泛應(yīng)用于地基、車(chē)載、艦載、機(jī)載、彈載以及各種航天設(shè)備中。大約一百年前,國(guó)外的穩(wěn)定平臺(tái)就開(kāi)始被利用起來(lái)。到目前，它已被應(yīng)用在涵蓋科學(xué)、軍事、商業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用于監(jiān) 視、導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)跟蹤、槍炮塔控制、通訊、手持相機(jī)和天文望遠(yuǎn)鏡等各個(gè)方面。與國(guó)外相比，我國(guó)對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的開(kāi)發(fā)和研究相對(duì)于世界先進(jìn)國(guó)家水平晚了將近十幾 年。我國(guó)自主研發(fā)的穩(wěn)定平臺(tái)目前使用的慣性元件存在精度較低、嵌入式技術(shù)跟不上實(shí)際需要等問(wèn)題。此外，我國(guó)在此方面研究歷史較為短暫，總體上落后于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家。但是隨著國(guó)內(nèi)慣性元件、電子技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)步和提高，以及涉及的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、信號(hào)分析和處理技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域不斷的完善，對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的研究也越來(lái)越重視，正在逐漸縮小與世界上先進(jìn)國(guó)家的差距。
本文研究的車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)主要應(yīng)用于交通運(yùn)輸，工廠貨物裝卸等等。它利用傳感器檢測(cè)，單片機(jī)控制，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空間四桿機(jī)構(gòu)形成新型的自穩(wěn)平臺(tái)，在很多運(yùn)載體上代替了傳統(tǒng)的液壓穩(wěn)定或氣缸穩(wěn)定平臺(tái)，具有自動(dòng)化、智能化、控制器數(shù)字化和控制精度高等特點(diǎn)。穩(wěn)定平臺(tái)在精確保證運(yùn)動(dòng)體臺(tái)面平衡的同時(shí)，可以任一方向無(wú)半徑旋轉(zhuǎn)，全方位引導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)；另一方面，還可以進(jìn)行臺(tái)面升降，豐富了工作方面。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化了控制，提高了臺(tái)面平衡的速度和精度，避免了液壓和氣缸式平臺(tái)的平衡速率的局限性，因此具有很強(qiáng)的生命力和廣泛的應(yīng)用前景。
在未來(lái)，該機(jī)構(gòu)除了運(yùn)用于大型貨物運(yùn)輸，貨物裝卸外，還有望運(yùn)用于地震多發(fā)地帶的樓房建設(shè)中，使其在地震的晃動(dòng)中始終保持上層物平穩(wěn)。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1. 重點(diǎn)解決的問(wèn)題
（1） 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的類(lèi)型選擇
（2） 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的各零件設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇
（3） 繪制車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的裝配圖
2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）
（1） 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的特點(diǎn)及功能
（2） 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的工作原理
（3） 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（4） 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算及校核
（5） 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的力學(xué)分析
（6） 繪制車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的零件圖、裝配圖
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
結(jié)合具體設(shè)計(jì)要求，通過(guò)學(xué)習(xí)及查閱資料，全面了解車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)工作原理和結(jié)構(gòu)，完成平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)功能部件的設(shè)計(jì)，最終完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，包括：緒論、正文、結(jié)論、參考文獻(xiàn)
設(shè)計(jì)圖紙，包括：零件圖、裝配圖外文翻譯一份
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線(xiàn)或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
（1） 設(shè)計(jì)平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)，其組成成主要有四桿機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、萬(wàn)向節(jié)球銷(xiāo)副機(jī)構(gòu)。
（2） 電氣控制部分設(shè)計(jì)
（3） 底盤(pán)運(yùn)動(dòng)部分設(shè)計(jì)
（4） 姿態(tài)解算確定搖桿的位置，建立數(shù)學(xué)建模，確定平臺(tái)姿態(tài)。
（5） 設(shè)計(jì)完成之后，通過(guò) matlab 軟件仿真，得出平臺(tái)在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的各個(gè)參數(shù)的曲線(xiàn)變化情況，計(jì)算出系統(tǒng)的特性，是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)之初的要求。
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第一周：分析題目，查找文獻(xiàn)，確定寫(xiě)作思路。第二周：分析論文寫(xiě)作重點(diǎn)，確定提綱。
第三周：分析歸納有關(guān)文獻(xiàn)，確定論文研究方法，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。第四周：完成開(kāi)題報(bào)告材料，進(jìn)行網(wǎng)上填報(bào)。
第五周：進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告答辯。第六周：平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
第七周：平臺(tái)裝置系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。第八周：電氣控制部分設(shè)計(jì)。
第九周：底盤(pán)運(yùn)動(dòng)部分設(shè)計(jì)
第十周：平臺(tái)精確定位算法設(shè)計(jì)。第十一周：完成論文初稿。
第十二周：修改論文。
第十三周：完成論文終稿。
第十四周：提交論文、準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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Engineering Society of China).第三十一屆中國(guó)控制會(huì)議論文集 D 卷[C].中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專(zhuān)業(yè)委員會(huì)(Technical Committee on Control Theory,Chinese Association of Automation)、中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)(Systems Engineering Society of China),2012:4.
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附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
引言
穩(wěn)定平臺(tái)可以消除載體運(yùn)動(dòng)和干擾力矩的影響,可以獲取對(duì)平臺(tái)變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù), 通過(guò)反復(fù)的調(diào)整確保動(dòng)態(tài)姿態(tài)符合標(biāo)準(zhǔn)。因此,穩(wěn)定平臺(tái)廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中,其也成為當(dāng)前國(guó)際上研究的重點(diǎn)課題。無(wú)論是在民用還是在軍用中，車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的研發(fā)越來(lái)越迅速，也越來(lái)越迫切，比如在交通管制偵測(cè)技術(shù)以及民用檢測(cè)上，雷達(dá)車(chē)的穩(wěn)定平臺(tái)、以及裝甲車(chē)坦克上的瞄準(zhǔn)平臺(tái)，一系列的需求促使了車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的迅猛發(fā)展。也使得車(chē)載平臺(tái)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，要求也越來(lái)越高。平臺(tái)是一種用于運(yùn)輸或搬運(yùn)貨物的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。在任何路況下都能自動(dòng)調(diào)節(jié)平臺(tái)角度，始終保證平臺(tái)相對(duì)于地面水平的機(jī)構(gòu)。人們利用手柄控制其運(yùn)動(dòng)方向，可進(jìn)行 360°無(wú)死角運(yùn)行。該平臺(tái)為物流運(yùn)輸業(yè)帶來(lái)了較高的質(zhì)量保證，為工廠中的商品搬運(yùn)帶來(lái)了優(yōu)質(zhì)的工作效率，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，且縮短了完工時(shí)間，大大滿(mǎn)足了搬運(yùn)業(yè)在防護(hù)上的要求。
一、 國(guó)內(nèi)外車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的概況與發(fā)展前景
隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)的技術(shù)水平不斷提高，交通運(yùn)輸工具的平穩(wěn)度越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)于一些易碎易損壞或者其他對(duì)運(yùn)輸條件要求較高的特殊物品來(lái)說(shuō)，保持運(yùn)輸貨物的完好性和安全性，是現(xiàn)代物流業(yè)中最為重要也是最棘手的問(wèn)題。對(duì)于貨物運(yùn)輸來(lái)說(shuō)，使貨物在運(yùn)輸過(guò)程中更加安全，減少貨物不必要的損壞，降低運(yùn)輸廢品率和物流公司賠償率十分重要。對(duì)于運(yùn)輸人員來(lái)說(shuō)，車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)可減少由于道路不平引起的顛簸感，尤其在山路行駛中更為適用。滿(mǎn)足人們?cè)谛旭偼局兴Ｍ钠胶飧袕亩岣呗猛臼孢m度，降低疲勞程度。
與國(guó)外相比，我國(guó)對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的開(kāi)發(fā)和研制相對(duì)于世界先進(jìn)國(guó)家晚了將近十幾 年，自主研發(fā)的穩(wěn)定平臺(tái)使用的慣性元件存在精度較低等問(wèn)題，嵌入式技術(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上實(shí)際需要。此外，我國(guó)在此方面研究歷史較為短暫，總體上落后于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家。但是隨著國(guó)內(nèi)慣性元件的研究、電子技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)步和提高，涉及機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)，傳感器技術(shù)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)，信號(hào)分析和處理技術(shù)， 現(xiàn)代控制技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域不斷在完善。對(duì)于穩(wěn)定平臺(tái)的研究也越來(lái)越受重視，正在逐漸縮小與世界上先進(jìn)國(guó)家的差距。
本文研究的車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)主要應(yīng)用于交通工具，工廠貨物裝卸等等。它利用傳感器檢測(cè)，單片機(jī)控制，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空間四桿機(jī)構(gòu)形成新型穩(wěn)定平臺(tái)，在許多運(yùn)動(dòng)載體上代替了傳統(tǒng)的液壓穩(wěn)定或氣缸穩(wěn)定平臺(tái)，具有自動(dòng)化、智能化、控制數(shù)字化和控制精度高等特點(diǎn)。此穩(wěn)定平臺(tái)在精確保證運(yùn)動(dòng)體臺(tái)面平衡的同時(shí)，可以任一方向無(wú)半徑旋轉(zhuǎn)，全方位引導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)；另一方面，還可以進(jìn)行臺(tái)面升降，豐富了工作方面。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化了控制，提高了臺(tái)面平衡的速度和精度，避免了液壓和氣缸式平臺(tái)的平衡速率的局限性，因此具有很強(qiáng)的生命力和廣泛的應(yīng)用前景。
二、 車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提到的穩(wěn)定平臺(tái)的機(jī)械部分的主體結(jié)構(gòu)如下：底板外形尺寸為：380×220×10（mm）；外框采用的是 O 型結(jié)構(gòu)，具有良好的剛性，其兩端分別支撐在基座上的支撐臂上，其外形尺寸為 180×160×50（mm），壁厚 8mm；內(nèi)框也為長(zhǎng)方形盒體結(jié)構(gòu)，盒體內(nèi)用來(lái)安裝姿態(tài)傳感器，其外形尺寸為 120×130×
65（mm）。基本模型如圖 1 所示：
圖 1 基本模型圖
其穩(wěn)定平臺(tái)借助姿態(tài)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)，能夠計(jì)算出平臺(tái)的傾斜程度，然后該數(shù)據(jù)信息能夠被傳遞到處理器中，經(jīng)過(guò)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，然后輸出控制信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得平臺(tái)臺(tái)體的姿態(tài)能夠及時(shí)調(diào)整，維持整個(gè)平臺(tái)的平穩(wěn)性， 達(dá)到消除載體擾動(dòng)影響的目的。
在船舶液壓穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)中提到：目前常用的船舶液壓穩(wěn)定平臺(tái)大多可以補(bǔ)償船舶的橫搖和縱搖,例如,圖 2 所示的兩自由度液壓穩(wěn)定平臺(tái)采用了四點(diǎn)支撐調(diào)法：
圖 2 四點(diǎn)支撐調(diào)平圖
這是一個(gè)典型的兩自由度液壓穩(wěn)定平臺(tái),但它只能補(bǔ)償船舶的橫搖和縱搖。船舶在海上還存在明顯的垂蕩運(yùn)動(dòng),同樣會(huì)影響船載設(shè)備的正常工作,這就需要對(duì)船舶垂蕩運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。因此, [4]在穩(wěn)定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,在四點(diǎn)支撐調(diào)平法的基礎(chǔ)上,在平臺(tái)下方加入一個(gè)剪叉機(jī)構(gòu),由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng),從而可以控制平臺(tái)的升沉,對(duì)平臺(tái)的垂蕩運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。于是,兩層的液壓平臺(tái)變成了三層,如圖 3 所示：
圖 3 穩(wěn)定平臺(tái)圖
穩(wěn)定平臺(tái)是指能夠使被穩(wěn)定對(duì)象在干擾作用下相對(duì)慣性空間保持方位不變,或在指令力矩作用下按給定規(guī)律相對(duì)慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。其功能是利用慣性測(cè)量系統(tǒng)和慣性測(cè)量元件檢測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),通過(guò)執(zhí)行元件自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)臺(tái)體的姿態(tài),克服運(yùn)動(dòng)載體的姿態(tài)變化,滿(mǎn)足設(shè)備使用要求。主要由平臺(tái)框架、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器裝置和伺服控制單元組成。
而本篇所述的穩(wěn)定平臺(tái)是由兩組正交式四桿機(jī)構(gòu)組成。用一個(gè)行程 150 mm、24V 直流直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使主動(dòng)件以鉸鏈為圓心在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)。支柱下端用法蘭盤(pán)連接固定在機(jī)架上，上端和萬(wàn)向節(jié)連接作為平臺(tái)的支撐點(diǎn)，在 x 軸方向上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。萬(wàn)向節(jié)是由兩個(gè)球銷(xiāo)副組成，分別控制著 x 軸和 y 軸方向上的運(yùn)動(dòng)。連桿與平臺(tái)之間用兩個(gè)軸承和一個(gè)軸組合鏈接，構(gòu)成局部自由度。此結(jié)構(gòu)能夠在有效的時(shí)間里進(jìn)行平臺(tái)角度調(diào)整，并始終保持平臺(tái)穩(wěn)定平衡。各個(gè)機(jī)構(gòu)在滿(mǎn)足自由度條件下準(zhǔn)確完成每個(gè)動(dòng)作。高精度萬(wàn)向節(jié)的使用，使平臺(tái)能夠在 x 軸和 y 軸方向上作耦合式型轉(zhuǎn)動(dòng)，為平臺(tái)的應(yīng)變能力提供了保證。自制局部自由度的機(jī)構(gòu)，增加一個(gè)自由度， 讓整個(gè)平臺(tái)機(jī)構(gòu)變得更加可控靈活。
此耦合型并聯(lián)穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)構(gòu)相比其它的平臺(tái)機(jī)構(gòu)，最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了在同一層調(diào)節(jié) x 軸的旋轉(zhuǎn)和 y 軸的側(cè)偏。同時(shí)利用四桿機(jī)構(gòu)支撐平臺(tái)，并進(jìn)行角度調(diào)整，增大了承載的能力。所以，該結(jié)構(gòu)較其他文獻(xiàn)中的結(jié)構(gòu)更適合現(xiàn)代化車(chē)輛平穩(wěn)移動(dòng)的要求， 符合未來(lái)交通運(yùn)輸發(fā)展方向。
三、 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，穩(wěn)定平臺(tái)正在朝著自動(dòng)化程度高，控制精度高等特點(diǎn)發(fā)展。本文的車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)以直線(xiàn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力裝置，用具有兩個(gè)自由度的萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)控制平臺(tái)在 x-y 軸方向上旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)載體平臺(tái)平衡穩(wěn)定目的的機(jī)構(gòu)，不僅能滿(mǎn)足運(yùn)輸貨物的質(zhì)量要求和搬運(yùn)貨物的人力要求，且市場(chǎng)價(jià)值很大，應(yīng)該是穩(wěn)定平臺(tái)未來(lái)的發(fā)展方向。
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)（對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱）
審
核
簽字： 年 月 日
意
見(jiàn)
教研室主任意見(jiàn)
簽字： 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見(jiàn)
簽字： 年 月 日公章：
摘
要
壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún)Q 197216396 或 11970985
汽車(chē)或貨車(chē)在路面上行駛時(shí)，因?yàn)樗庥龅穆窙r有所不同，會(huì)出現(xiàn)一些可以預(yù)見(jiàn)的諸如車(chē)體顛簸、搖晃、傾斜等情況，由此容易使車(chē)內(nèi)所載貨物有發(fā)生傾灑、泄露甚至爆炸的危險(xiǎn)。車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)可通過(guò)其機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)的相關(guān)工作消除載體運(yùn)動(dòng)或其所受的干擾力矩的影響。穩(wěn)定平臺(tái)通過(guò)姿態(tài)傳感器獲取其實(shí)時(shí)變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算傾斜程度，最后通過(guò)單片機(jī)整理數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，由此反復(fù)，回調(diào)平臺(tái)傾斜角度以確保其動(dòng)態(tài)姿態(tài)符合穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。從而最大程度消除外界對(duì)車(chē)內(nèi)載體的干擾，使平臺(tái)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，以保證所載貨物的安全。目前，穩(wěn)定平臺(tái)不僅應(yīng)用于船載、車(chē)載， 還廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)中，它已成為現(xiàn)今國(guó)際上普遍熱衷研究的課題。
本文據(jù)此設(shè)計(jì)了一種新型的車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)，該穩(wěn)定平臺(tái)主要包括直線(xiàn)電機(jī)裝置、四桿機(jī)構(gòu)、剪叉機(jī)構(gòu)、底盤(pán)機(jī)構(gòu)等。它的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：長(zhǎng) 800mm，寬 800mm，高 870mm， 凈重約 20Kg，最大起升后高度 1.27m。該裝置總體分為兩部分：上半部為平臺(tái)部分，它的功能是：在路況不利于行駛，車(chē)體發(fā)生顛簸時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)回調(diào)自身平臺(tái)傾斜度，保證平臺(tái)處于所需平衡狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)消除載體運(yùn)動(dòng)和其所受干擾力矩的功能。下半部為車(chē)體部分，由剪叉升降機(jī)構(gòu)及全向輪底盤(pán)組成，可通過(guò)智能遙控系統(tǒng)進(jìn)行定位升降，具有使平臺(tái)可做任意方向的運(yùn)動(dòng)和原地 360°無(wú)死角轉(zhuǎn)動(dòng)。
對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析和靜力學(xué)分析，分析結(jié)果能夠達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。最后，利用 solidworks 軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真運(yùn)動(dòng)，用 matlab 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。證明其可以完成既定的自穩(wěn)、升降和移動(dòng)要求。通過(guò)該畢業(yè)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)智能化自適應(yīng)自穩(wěn)移動(dòng)平臺(tái)的各項(xiàng)既定功能。
關(guān)鍵詞：穩(wěn)定平臺(tái)；直線(xiàn)電機(jī)；萬(wàn)向節(jié)；solidworks
I
ABSTRACT
Due to the impact of different roads conditions, there will be bumps or tilt during the car on the road inevitably, which results in the danger of goods to be transported dumping, leakage, explosion and other hazards. The intelligent adaptive self-stabilizing mobile platform can eliminate the influence of the carrier motion and the disturbance torquezit, obtain the dynamic data of the platform change through the attitude sensor, calculate the inclination degree, and then adjust the data through the single-chip microcomputer to drive the linear motor movement and adjust the dynamic attitude standard. Thus isolating the outside device interference, so that the platform has been in a horizontal state to ensure the safe transport of goods. Stable platform widely used in all walks of life, which has become the focus of the current international research topics.
First of all, this paper designs a new type of vehicle self-stabilizing platform, which includes linear motor device, four-bar mechanism，scissor mechanism and chassis mechanism. The main parameters are: length 800mm, width 800mm, height 870mm, net weight 20Kg, the maximum height after rise is 1.27m. The device is divided into two parts：the upper part is the platform part, which can be adjusted by changing their own posture when encountering in the bumps and always maintain a steady state of the level, so as to achieve the function of isolation movement object disturbance. the lower part is the body part,which composed of scissor lifting mechanism and omni-directional chassis. It can be lifted in any point by intelligent remote control system. Its function is to make the platform to do any direction’s movement and in situ 360 ° no dead angle rotation.
Secondly, the motion analysis and static analysis of the self-stabilizing mechanism of the stable platform are carried out,and the analysis result can achieve the function of automatic adjustment.Finally, Solidworks software is used to simulate the movement of the organization and using Matlab for data analysis. To prove that it can complete the established requirements of self-stabilization, lifting and moving.Through the graduation design can achieve the established function of intelligent adaptive self-stabilization mobile platform.
Key words: self-stabilizing platform；linear motor；universal joint；solidworks
II
目
錄
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 緒論 2
1.1 研究背景 2
1.2 選題的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 2
1.3 平臺(tái)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
2 移動(dòng)平臺(tái)概述 5
2.1 平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理 5
2.2 平臺(tái)各組成部分 5
3 平衡機(jī)構(gòu)的比較和設(shè)計(jì) 6
3.1 四桿機(jī)構(gòu) 6
3.2 四桿機(jī)構(gòu)極限位置計(jì)算 9
3.3 四桿機(jī)構(gòu)各桿件的受力分析 11
4 舉升機(jī)構(gòu)及移動(dòng)底盤(pán)的選擇和設(shè)計(jì) 14
4.1 舉升機(jī)構(gòu)的比較及選擇 14
4.2 移動(dòng)底盤(pán)的比較與設(shè)計(jì) 17
結(jié)論 19
參考文獻(xiàn) 20
附錄 1 22
附錄 2 29
致謝 40
I
1 緒論
1.1 研究背景
近年來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)迅速地發(fā)展，各行各業(yè)的科技水平也隨之不斷提高。隨著人們 對(duì)交通工具及運(yùn)輸工具的平穩(wěn)度需求的日漸加強(qiáng)，穩(wěn)定平臺(tái)也逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。尤其對(duì)于當(dāng)代飛速發(fā)展的物流業(yè)，對(duì)于某些易碎易損壞的脆性物品或是某些價(jià)值昂貴的， 對(duì)運(yùn)輸條件有高要求的特殊物品來(lái)說(shuō)，保證被運(yùn)貨物的安全性和無(wú)損性，是現(xiàn)代物流業(yè) 面臨的核心問(wèn)題，也是最困難的問(wèn)題。車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)于運(yùn)輸行業(yè)來(lái)說(shuō)利遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弊。它不僅能夠減少貨物因路況造成的車(chē)體顛簸產(chǎn)生的不必要損壞，使貨物在被運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程 中更加安全，而且對(duì)于運(yùn)輸工作者來(lái)說(shuō)，車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)還可減少工作者因道路不平感受 到的顛簸感，使其在山路等各種不平穩(wěn)路況行駛中更為適用?？梢越o自駕旅行的人們提 供所需的穩(wěn)定感，從而提高旅途舒適度，降低駕駛者的疲勞程度。本文研究的穩(wěn)定平衡 裝置剛好可以最大程度減少運(yùn)輸途中由路況造成的經(jīng)濟(jì)損失。是以，本研究具備十分重 要的實(shí)際理論指導(dǎo)意義。
1.2 選題的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
近年來(lái)，社會(huì)的快速發(fā)展伴隨著科技迅猛的進(jìn)步，機(jī)電一體化在不斷完善的過(guò)程中愈來(lái)愈顯普遍化。交通工具和運(yùn)輸工具的平穩(wěn)度隨之日漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。在交通運(yùn)輸中，一旦平穩(wěn)度達(dá)到所需要求值，就能夠?qū)崿F(xiàn)最大程度減少運(yùn)輸過(guò)程中可避免的交通事故和經(jīng)濟(jì)損失。從多個(gè)需求角度出發(fā)，本文提出了一種智能化車(chē)載穩(wěn)定且可移動(dòng)的平臺(tái)，經(jīng)過(guò)多次修改和優(yōu)化，本文設(shè)計(jì)的車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)主要可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的運(yùn)用：一、在快遞公司中作為一種運(yùn)輸貨物的智能車(chē)。二、作為主動(dòng)平衡裝置，應(yīng)用在大型車(chē)輛的車(chē)廂上。
目前國(guó)內(nèi)的各個(gè)較有規(guī)模的快遞公司，倉(cāng)庫(kù)空間和貨物的存儲(chǔ)量都十分可觀，通常貨物擺放也趨于密集，所以一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)、自由旋轉(zhuǎn)且運(yùn)輸貨物既平穩(wěn)安全又快捷的可升降穩(wěn)定運(yùn)輸小車(chē)就能幫助倉(cāng)儲(chǔ)工作的完成安全高效。對(duì)于具備上述特點(diǎn)的智能運(yùn)輸小車(chē)在運(yùn)輸途中，能夠使承載貨物的平臺(tái)一直處于平衡狀態(tài)，不管是在坡道還是在崎嶇不平的路面都能保證被運(yùn)貨物平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)保質(zhì)保量的安全運(yùn)輸。在有高架臺(tái)的倉(cāng)庫(kù)中，還能夠通過(guò)操控?zé)o線(xiàn)遙控器來(lái)控制穩(wěn)定運(yùn)輸小車(chē)載物平臺(tái)的升降，并可選擇適宜的升降高度，使裝卸貨物更加快捷方便。智能穩(wěn)定運(yùn)輸小車(chē)的底盤(pán)采用了全向輪裝法， 使小車(chē)可實(shí)現(xiàn)多角度旋轉(zhuǎn)、全方位移動(dòng)，便于快速準(zhǔn)確裝卸貨物。綜合以上功能，此運(yùn)輸小車(chē)在大型快遞公司里一經(jīng)運(yùn)用不僅可很大程度地減少勞動(dòng)力的輸出，而且還能降低運(yùn)輸過(guò)程中貨物損壞的經(jīng)費(fèi)，使保證運(yùn)輸貨物質(zhì)量和提高貨物運(yùn)輸效率兩不誤。
10
車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)最大的特點(diǎn)在于，無(wú)論路面情況如何變化，它都能通過(guò)平臺(tái)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)和姿勢(shì)變化使載物平臺(tái)保持最大程度的平穩(wěn)。針對(duì)這一特點(diǎn)，它可①給自駕旅途提供舒適的駕駛和乘坐環(huán)境，減輕人們的疲勞程度，使駕駛和乘坐最大程度的實(shí)現(xiàn)人性化需求。②在交通運(yùn)輸中使平臺(tái)穩(wěn)定不顛簸，減少運(yùn)輸途中因路況產(chǎn)生的可避免的經(jīng)濟(jì)損失甚至交通事故的發(fā)生，大大提高了交通安全性。③運(yùn)用在船業(yè)上，還能保證船只的平穩(wěn)航行。④在地震多發(fā)地區(qū)的建筑上運(yùn)用此原理，可以實(shí)現(xiàn)在地震發(fā)生時(shí)減弱建筑晃動(dòng)，但是由于力的提供等多種原因?qū)崿F(xiàn)起來(lái)可能比較困難。據(jù)研究顯示，該穩(wěn)定平臺(tái)在各行各業(yè)都能起到大小不同的作用。平臺(tái)裝置如果投入生產(chǎn)，將加速交通運(yùn)輸業(yè)的安全發(fā)展，提高運(yùn)輸?shù)男什p少運(yùn)輸途中因道路原因造成的經(jīng)濟(jì)損失、交通事故等負(fù)面情況，由此滿(mǎn)足人們對(duì)生活、生產(chǎn)的要求。
1.3 平臺(tái)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
穩(wěn)定平臺(tái)很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域重點(diǎn)研究的對(duì)象,相關(guān)技術(shù)已廣泛地被運(yùn)用在各種航天設(shè)備、艦載、地基、車(chē)載、機(jī)載、彈載中。很多國(guó)家在約一百年前就已經(jīng)牽頭鉆研設(shè)計(jì)并試用穩(wěn)定平臺(tái)。時(shí)至今日，自主穩(wěn)定平臺(tái)的運(yùn)用已涉及貿(mào)易、軍事等諸多范疇。在商業(yè)方面可作用于手持相機(jī)的防抖、天文望遠(yuǎn)鏡的穩(wěn)定等其他多個(gè)方面。軍事方面，它可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、對(duì)象跟蹤、槍炮塔監(jiān)督等。
穩(wěn)定平臺(tái)作為一種安置于移動(dòng)物體上的裝置，具備阻斷移動(dòng)物體擾動(dòng)的功能。在船載天線(xiàn)穩(wěn)定平臺(tái)體系和船舶的上工作面姿態(tài)檢測(cè)上都有應(yīng)用到傾角傳感器實(shí)時(shí)讀取數(shù)值，計(jì)算過(guò)后，對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行校準(zhǔn)。穩(wěn)定平臺(tái)活動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是憑借單片機(jī)調(diào)整外部機(jī)械機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)調(diào)整穩(wěn)定平臺(tái)回到水平狀態(tài)目的，讓平臺(tái)始終處于平衡狀態(tài)。
相較于國(guó)外尤其是世界先進(jìn)國(guó)家，我國(guó)穩(wěn)定平臺(tái)的的開(kāi)發(fā)和研究水平落后了將近二十年。同時(shí)，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的穩(wěn)定平臺(tái)目前面臨著許多問(wèn)題，諸如：使用的慣性元件精度較低，嵌入式技術(shù)跟不上實(shí)際需求等。除此之外，我國(guó)在穩(wěn)定平臺(tái)的研究上歷史相對(duì)短暫，整體技術(shù)成熟度明顯比較不足。但是近年來(lái)國(guó)內(nèi)穩(wěn)定平臺(tái)相關(guān)研究愈來(lái)愈受到重視，慣性元件、電子技術(shù)包括數(shù)字技術(shù)等不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，加上平臺(tái)裝置涉及的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號(hào)分析和處理技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域不斷的發(fā)展和完善，我國(guó)穩(wěn)定平臺(tái)的水平正在逐漸向世界先進(jìn)國(guó)家看齊。
2 移動(dòng)平臺(tái)概述
2.1 平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理
此文所研究的車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)的工作是為了能夠?qū)崿F(xiàn)：當(dāng)平臺(tái)受所安置的主體運(yùn)動(dòng)的干擾時(shí)，可通過(guò)快速計(jì)算，將平臺(tái)調(diào)整到精確位置，使其可以受到實(shí)時(shí)的控制跟隨裝置整體運(yùn)動(dòng)。此車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)依照如下理論工作：
我們需要憑借一種角速度感測(cè)規(guī)模較大，可以精準(zhǔn)地追蹤快、慢速動(dòng)作的六軸角度傳感器來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，然后根據(jù)采集測(cè)量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，最后確定平臺(tái)的傾斜角度這種傳感器的信號(hào)采集元件為 mpu-6050，此采集元件使本傳感器具備了許多優(yōu)勢(shì)，如：能夠很大程度的提高包裝空間的使用率，且能有效避免組合三軸陀螺儀和三軸加速器時(shí)的軸間差問(wèn)題。接下來(lái)是把它采集到的平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的加速度數(shù)據(jù)利用軟件程序編寫(xiě)，利用微處理器 K60 型號(hào)編寫(xiě)擴(kuò)大，對(duì)傳感器收集的信號(hào)經(jīng)由卡爾曼濾波器作業(yè)，以獲得對(duì)應(yīng)的角度數(shù)據(jù)。
直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)桿的伸、縮速度主要通過(guò)編寫(xiě)的程序代碼控制，程序代碼編寫(xiě)結(jié)束后可以通過(guò) PID 算法得到 pw 波，此時(shí)所得的 pw 波可以控制直線(xiàn)電機(jī)的電壓，以此控制桿速。這樣，平臺(tái)就能夠根據(jù)角度變化的速度調(diào)整所需的恢復(fù)程度。平臺(tái)結(jié)構(gòu)中可伸縮桿件運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)主要依靠直線(xiàn)電機(jī)提供動(dòng)力，以此使得穩(wěn)定平臺(tái)裝置可以時(shí)刻保持平衡狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)隔離所安置主體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的外部因素影響的目的。
2.2 平臺(tái)各組成部分
本裝置的各個(gè)組成部分主要為：底盤(pán)的運(yùn)動(dòng)部分、中部的電氣控制部分和機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。三個(gè)主要組成部分分別有以下功能：
底盤(pán)的運(yùn)動(dòng)部分：為了實(shí)現(xiàn)車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)可以各向轉(zhuǎn)動(dòng)和全向移動(dòng)的功能，底盤(pán)的運(yùn)動(dòng)部分對(duì)稱(chēng)設(shè)置了四個(gè)萬(wàn)向輪。在實(shí)現(xiàn)裝置全向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還需要使四個(gè)輪子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的摩擦力盡可能的減小，經(jīng)過(guò)對(duì)比和研究，最后決定采用小輪內(nèi)置大輪在外部包裹小輪的方式。
機(jī)械結(jié)構(gòu)部分：有為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)升降提供支持的剪叉機(jī)構(gòu)、直線(xiàn)電機(jī)控制的可伸縮連桿機(jī)構(gòu)、為整體裝置的移動(dòng)提供支持的萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)組成。直線(xiàn)電機(jī)為可伸縮的連桿機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，再通過(guò)兩組相互垂直的雙折分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)使平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)在水平和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，最后通過(guò)剪叉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，底盤(pán)通過(guò)萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)來(lái)保證整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)功能；
中部電氣控制部分組成：信號(hào)采集元件為 mpu-6050 的傳感器、信號(hào)處理器、校正和檢測(cè)元件等。 本文主要敘述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。
3 平衡機(jī)構(gòu)的比較和設(shè)計(jì)
3.1 四桿機(jī)構(gòu)
3.1.1. 四桿機(jī)構(gòu)
圖 3.1.1 四桿機(jī)構(gòu)模型圖
如圖 3.1.1，穩(wěn)定平臺(tái)中可實(shí)時(shí)調(diào)控保持穩(wěn)定的部分由一對(duì)相互垂直的四桿機(jī)構(gòu)組成。因?yàn)樗鼈冇邢嗤墓ぷ髟恚韵挛奈覀冎粚?duì)裝置中的一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，直角坐標(biāo)系如圖所示。
1-推桿 2-鋁材桿件 3-方形連桿 4-圓形連桿 5-支架圖 3.1.2 X 軸方向上四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
如上圖所示，由直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)桿 1，能夠繞鉸鏈 A 作有限角度的來(lái)回運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，我們可以確定主動(dòng)桿 1 距離從動(dòng)桿 2 的具體長(zhǎng)度，從動(dòng)件分別為桿件 2、3、
4，兩個(gè)從動(dòng)件間都由銷(xiāo)軸連接。最后，用軸承將從動(dòng)件 4 固定在承物板的反面，軸承的固定能夠使承放物品的平板擁有更加強(qiáng)而穩(wěn)定的支持力，也能夠讓承物板跟隨整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整它的角度，使其始終保持水平狀態(tài)。鋁制桿件 5 作為一根支撐桿，兩
端需要分別固定，與從動(dòng)件 4 連接的一端要使從動(dòng)件 4 能夠滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)要求，所以選擇用
特殊結(jié)構(gòu)的銷(xiāo)軸連接，既可防止桿件 5 產(chǎn)生上下躥動(dòng)，也方便日后維修時(shí)的拆裝。桿件
5 的另一端需要固定于剪叉機(jī)構(gòu)的上平面，實(shí)現(xiàn)其支撐桿的作用，我們選擇法輪盤(pán)連接。
如圖 3.1.2 所示，構(gòu)件 n=5,有一個(gè)移動(dòng)副，六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，因此有 p L 1 + 6 = 7 據(jù)機(jī)構(gòu)自
由度計(jì)算公式有： F = 3n - 2PL - PH = 3 ′ 5 - 2 ′ 7 - 0 = 1
根據(jù)：原動(dòng)件數(shù)目大于自由度數(shù)目時(shí)，運(yùn)動(dòng)干涉；原動(dòng)件數(shù)目小于自由度數(shù)目時(shí)， 無(wú)確定運(yùn)動(dòng)；原動(dòng)件數(shù)目等于自由度數(shù)目時(shí)，各構(gòu)件具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)可得上訴機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。
3.1.2 萬(wàn)向節(jié)
如圖 3.1.3 所示為桿件 4、支撐桿 5 之間銷(xiāo)連接結(jié)構(gòu)，組成一個(gè)萬(wàn)向節(jié)：
圖 3.1.3 銷(xiāo)連接模型圖
上述所提可實(shí)現(xiàn)萬(wàn)向節(jié)回轉(zhuǎn)功能的銷(xiāo)軸結(jié)構(gòu)由銷(xiāo)、軸承和矩形外框焊接組成。假定從動(dòng)件 4 相對(duì)支撐桿 5 可實(shí)現(xiàn)從 20°擺動(dòng)到 160°。為做相應(yīng)的定點(diǎn)掃描實(shí)驗(yàn)，我們將一根長(zhǎng) L 的桿件連接在以上提到的銷(xiāo)軸結(jié)構(gòu)上。最終獲得結(jié)果如下：
S可擺動(dòng)
= pL2 (1 - cosa) 2
20° ￡ a￡ 160°
圖 3.1.4 萬(wàn)向節(jié) x 軸與 y 軸角度曲線(xiàn)
本機(jī)構(gòu)所用的萬(wàn)向節(jié)是由銷(xiāo)和軸承組合而成的，它的應(yīng)用是整個(gè)車(chē)載移動(dòng)平臺(tái)完成工作的核心。可同時(shí)實(shí)現(xiàn)：在增加整個(gè)機(jī)構(gòu)的靈敏度和平穩(wěn)度的同時(shí)，為平臺(tái)在調(diào)節(jié)過(guò)程中保持潤(rùn)滑和穩(wěn)定。它使承物板可以完成水平和豎直方向上的共同運(yùn)動(dòng)。
3.1.3.局部自由度的構(gòu)成
本機(jī)構(gòu)的特殊之處在于：可實(shí)現(xiàn)同層的 X 軸偏向和 Y 軸旋轉(zhuǎn)，這一特殊之處也成了設(shè)計(jì)過(guò)程中所面臨的最大的難題，即 X、Y 軸的干涉問(wèn)題。本裝置從進(jìn)入設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就考慮到這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性，也試想過(guò)一些解決方案并對(duì)不同的解決方案進(jìn)行了各方面的對(duì)比。原先考慮過(guò)使用分層來(lái)控制，分層控制是將機(jī)構(gòu)在水平和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)分開(kāi)控制，即各為一層，先設(shè)置一層連桿機(jī)構(gòu)控制承物板的豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，再在這層控制的下一層設(shè)置搖桿機(jī)構(gòu)控制上層的水平方向上的運(yùn)動(dòng)。這樣一來(lái)就可以避免機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)水平和豎直方向上存在的相互干涉的問(wèn)題。但是分別設(shè)置獨(dú)立的兩層連桿、搖桿機(jī)構(gòu)來(lái)完成橫縱向的同時(shí)運(yùn)動(dòng)免不了會(huì)提高裝置整體的高度，裝置整體高度的增加會(huì)對(duì)平臺(tái)的工作精度造成不可避免的影響，在穩(wěn)定平臺(tái)工作精度降低的同時(shí)還存在平臺(tái)穩(wěn)定性降低的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合實(shí)際考慮并不適用于生活，因此最終決定不采用分層控制的方案。改良為單層雙向控制。單層的雙向控制能夠很大程度的降低整個(gè)平臺(tái)裝置的整體高度， 也使平臺(tái)的穩(wěn)定性得到保障，但是設(shè)計(jì)上就對(duì)結(jié)構(gòu)提高了要求。在這里，我們選擇使用旋轉(zhuǎn)軸承，用于連接平臺(tái)和連桿。旋轉(zhuǎn)軸承可滿(mǎn)足機(jī)構(gòu)單層的橫、縱向同時(shí)運(yùn)動(dòng)的要求。
3.2 四桿機(jī)構(gòu)極限位置計(jì)算
圖 3.2.1 上偏角極限位置圖
假設(shè)整機(jī)總尺寸已定，則可求各桿件相對(duì)距離及尺寸由圖 3.2.1 可知，當(dāng)電機(jī)推桿伸到最長(zhǎng)時(shí)，機(jī)構(gòu)會(huì)達(dá)上偏角極限位置，此時(shí)a、b 共線(xiàn)，且出現(xiàn)極點(diǎn)，為避免這種情況發(fā)生，應(yīng)該滿(mǎn)足：
(r - r cosq)2 + (H + r sinq)2 = (a + b)2
(3.2-1)
a b b
展開(kāi)得：
(a + b)2 - r 2 - r 2 - H 2
即上極限偏角：
H sinq- ra cosq=
a b
2rb
(3.2-2)
(a + b)2 - r 2 - r 2 - H 2 r
q= arcsin
a b + arctan a
H
(3.2-3)
考慮到實(shí)際，θ[0, n ]之間。由三角形的構(gòu)成條件，平臺(tái)水平時(shí)應(yīng)有：
2
豎直時(shí)（不存在），應(yīng)有：
a + b 3
a + b ￡
(3.2-4)
(3.2-5)
圖 3.2.2 下偏角極限位置圖
由圖 3.2.2 可知，當(dāng)電機(jī)推桿不伸長(zhǎng)時(shí)，機(jī)構(gòu)會(huì)達(dá)下偏角極限位置，機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)，為避免這種情況發(fā)生，應(yīng)該滿(mǎn)足：
[(b + r cosq) - r ]2 + [H - (b + r )sinq]2 = a2
(3.2-6)
b a b
展開(kāi)得:
(b + r )2 + r 2 + H 2 - a2
H sinq+ ra cosq= b ( a )
(3.2-7)
2 b + rb
解得:
(b + r )2 + r 2 + H 2 - a2 r
q= arcsin
b a
- arctan a
H
(3.2-8)
考慮到實(shí)際工況，q處于é- p,0ù 之間。由三角形的構(gòu)成條件可知，當(dāng)平臺(tái)處于豎
?ê 2 ú?
直（不存在）或水平時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足(3.2-4)和(3.2-5)條件。
3.3 四桿機(jī)構(gòu)各桿件的受力分析
圖 3.3.1 四桿機(jī)構(gòu)爬坡?tīng)顟B(tài)受力簡(jiǎn)圖
圖 3.3.1 為機(jī)構(gòu)上爬狀態(tài)受力簡(jiǎn)圖，設(shè)平臺(tái)可承重為 M (kg )，在角度為a° 的斜面上進(jìn)行上爬運(yùn)動(dòng)。平臺(tái)承重加上機(jī)構(gòu)自重，總重量為：
連架桿 AB 的重量為：
F重力1 = Mg + MDCg
F重力2 = M ABg
（3.3-1）
（3.3-2）
對(duì)機(jī)構(gòu)各支點(diǎn)的受力情況進(jìn)行分析。如上圖所示，平臺(tái)底座給了鉸鏈 A 一個(gè)支反力
F ，據(jù)圖可知 F
= G ′ cosa， FA 隨著 G 增大而增大，隨著a的增大而減小。直線(xiàn)電機(jī)
A A
供給動(dòng)力的推桿給鉸鏈 K 一個(gè)大小為 FK 方向?yàn)?IK 的力。二力桿 CB 兩端的鉸鏈由于二力平衡， FB 和 FC 都沿著 CB 方向，方向相反但大小相同。
根據(jù)牛頓定律，圖 3.3.2 中可以看出桿件 DC 以及其兩端鉸鏈所受的各個(gè)力，其中q2是 BC 和 X 軸的夾角，把 FD 分解到水平和豎直兩個(gè)方向 FDX 和 FDy ，同樣的 FCX 和 FCy 是由 FC 分解的。
圖 3.3.2 連架桿 DC 受力簡(jiǎn)圖
19
由靜力平衡可得：
?FX = 0
?FY =0
FDX + FCX = 0
FDY +FCY +(M+m)g=0
（3.3-3）
（3.3-4）
?M =0 F L-1
+m)g=0
5
（3.3-5）
O CY 5
L(M
2
解得：
FD =
（3.3-6）
FC = （3.3-7）
同理可知，在直線(xiàn)電機(jī)的作用下連架桿 AB 中鉸鏈點(diǎn) A、點(diǎn) B 受到支撐力和支反力， 其中，支撐力FK與坐標(biāo)軸的夾角為θk。
圖 3.3.3 連架桿 AB 受力簡(jiǎn)圖
按圖 3.3.3 示列方程：
? FX = 0
?FY = 0
FAY + FKY - FCY = 0
AB
FAX -FM X +FKX +FCX = 0
（3.3-8）
（3.3-9）
帶入公式解得：
?MO =0
FA =
1
2 AB
FM Y+FCYL3
-FKYL6 =0
（3.3-10）
（3.3-11）
F = MABg sinqNL3 + 2FC sinqML3
K 2L sinq
（3.3-12）
6 K
其中:
qN =
1p+ arcsin( CL+ D ) -q
3
2 A+ L2
（3.3-13）
L6sinq
q = arcsin( 3 ) +q
（3.3-14）
K L 3
qM = arcsin(
L =
Hsin 90o - L sinq + CL+ D )
L(
)
L4
（3.3-15）
（3.3-16）
圖 3.3.4 四桿機(jī)構(gòu)各支點(diǎn)受力圖
圖 3.3.4 為各個(gè)鉸鏈的受力仿真圖，通過(guò)仿真圖可知：1、作用在鉸鏈 D 上的力的大小與平臺(tái)角度的大小成正相關(guān)。2、作用于鉸鏈 C 上的力基本維持在 200N，上下浮動(dòng)不大。3、作用于鉸鏈 A 上的力與平臺(tái)角度的大小成負(fù)相關(guān)。所以只校核強(qiáng)度的時(shí)候只校核受力最大的點(diǎn) D 鉸鏈。
4 舉升機(jī)構(gòu)及移動(dòng)底盤(pán)的選擇和設(shè)計(jì)
4.1 舉升機(jī)構(gòu)的比較及選擇
4.1.1 方案一：電動(dòng)導(dǎo)軌式的鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)的工作原理：電機(jī)帶動(dòng)帶輪使升降機(jī)構(gòu)在導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)的目的。帶傳動(dòng)具有良好的撓性、可以吸收振動(dòng)且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，但是帶傳動(dòng)在過(guò)載時(shí)會(huì)出現(xiàn)打滑，打滑雖有防止其它零部件受損的功能，但會(huì)造成傳動(dòng)失效。鏈傳動(dòng)的工作原理與帶傳動(dòng)相似，其具有傳動(dòng)比大，載荷分布均勻的特點(diǎn)，但是其工作時(shí)存在沖擊振動(dòng)、且有噪音。綜合本裝置的工作環(huán)境和功能要求考慮，鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)均不適用。如圖 4.1.1 所示：
圖 4.1.1 帶傳動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)
4.1.2. 方案二：渦輪絲杠升降機(jī)
渦輪絲杠升降機(jī)，利用了運(yùn)行平穩(wěn)傳動(dòng)準(zhǔn)確的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠上下移動(dòng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)升降機(jī)功能。但渦輪絲杠升降機(jī)存在結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜難以維修、且生產(chǎn)成本大、制造精度要求高，機(jī)構(gòu)所需空間也相對(duì)較大等缺點(diǎn)，考慮到本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)精度難以達(dá)到以及使用空間有限的問(wèn)題，暫不采用本方案。如圖 4.1.2 所示：
圖 4.1.2 渦輪絲杠升降內(nèi)部結(jié)構(gòu)
4.1.3. 方案三：液壓升降機(jī)構(gòu)
液壓升降機(jī)構(gòu)中氣體進(jìn)入液壓缸的工作區(qū)域，使得液壓缸內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差，壓強(qiáng)差帶動(dòng)活塞桿上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的功能。液壓升降機(jī)構(gòu)工作可靠性高，但工作所需耗偏大，使用成本過(guò)高，且運(yùn)動(dòng)精度難以控制，綜合各方面考慮，不適用于本裝置。如圖 4.1.3 所示：
圖 4.1.3 液壓升降機(jī)構(gòu)
4.1.4. 方案四：剪叉式升降機(jī)構(gòu)
剪叉機(jī)構(gòu)多用于高層間貨物的運(yùn)送，憑借其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且緊湊的特點(diǎn)，能夠支持運(yùn)載重量相對(duì)比較大的貨物。剪叉機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)桿件相互交叉連接，可以做相對(duì)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)， 活動(dòng)桿的相對(duì)擺動(dòng)角度范圍為 0~180 度，由此可以使載物平臺(tái)完成從最低平面到最高平面的升降活動(dòng)，且剪叉機(jī)構(gòu)中各個(gè)桿件的長(zhǎng)度方便設(shè)計(jì)和控制，能夠很好的根據(jù)裝置整體的尺寸要求完成配合設(shè)計(jì)。剪叉機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)裝置有不同的結(jié)構(gòu)可供比較和選擇。圖4.1.4（a）為剪叉式升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：
圖 4.1.4（a） 剪叉式升降機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
經(jīng)過(guò)對(duì)多種驅(qū)動(dòng)裝置的比較和分析，總結(jié)出以下結(jié)論：直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易、便于拆換維修，而且不會(huì)使裝置整體高度增加太多，能為本裝置的設(shè)計(jì)尺寸提供較為合適的配合。滾珠絲杠組成的驅(qū)動(dòng)裝置組成零件比較復(fù)雜，雖然它能夠提供比較高的傳動(dòng)精度，但由于其成本較高、安裝精度要求也比較高，難以實(shí)現(xiàn)在車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)上的使用。最后還對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了分析，也由于其自身存在很大程度的增加裝置整體高度的問(wèn)題，使其不適于作為本文涉及的剪叉機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置。
綜上所訴，升降機(jī)構(gòu)選擇方案四：剪叉式升降機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置選擇直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
圖 4.1.4（b） 直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的剪叉式升降機(jī)構(gòu)圖
4.2 移動(dòng)底盤(pán)的比較與設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的車(chē)載移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)該具備可在貨物倉(cāng)庫(kù)中的各個(gè)貨架間有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)貨物承運(yùn)的功能，包括在固定路線(xiàn)中的移動(dòng)和必要的轉(zhuǎn)向，因此，所選擇的移動(dòng)底盤(pán)必須能夠保證工作時(shí)裝置所需達(dá)到的運(yùn)動(dòng)精度，且靈活性要高。經(jīng)過(guò)多種結(jié)構(gòu)的對(duì)比和運(yùn)動(dòng)精確度的分析，最后選用全向輪結(jié)構(gòu)作為移動(dòng)底盤(pán)。全向輪結(jié)構(gòu)如圖 4.2.1 所示。
圖 4.2.1 全向輪結(jié)構(gòu)圖
整個(gè)移動(dòng)底盤(pán)由四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全向輪在底盤(pán)圓周上均勻分布組成，此復(fù)合輪子結(jié)構(gòu)由大輪邊緣套小輪組成，可使裝置實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的行進(jìn)和原地各角度的轉(zhuǎn)向。由于此全向輪結(jié)構(gòu)屬于軸系裝配，設(shè)計(jì)之初考慮過(guò)小輪軸的受力可能存在受力過(guò)大的問(wèn)題從而影響整個(gè)移動(dòng)底盤(pán)的使用壽命，但由于四個(gè)輪呈對(duì)稱(chēng)分布，因而小輪軸的受力情況也較為均勻，以上問(wèn)題便得以解決。此外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪底盤(pán)結(jié)構(gòu)也使裝置整體的動(dòng)力更大，運(yùn)動(dòng)更加靈活精確。
本裝置中電機(jī)軸和全向輪之間通過(guò)橡膠吸震聯(lián)軸器連接，利用滾針軸承降低底盤(pán)摩擦連接部分的摩擦程度，再加上端面軸承的配合，使底盤(pán)適應(yīng)地面較大起伏的情況，而且還能保持各驅(qū)動(dòng)輪緊壓地面。底盤(pán)裝配圖如圖 4.2.2 示：
圖 4.2.2 移動(dòng)底盤(pán)裝配圖
作為連接動(dòng)力供給部件和運(yùn)動(dòng)部件的關(guān)鍵零件，聯(lián)軸器在整個(gè)移動(dòng)底盤(pán)中起著不可小視的作用，由于聯(lián)軸器的種類(lèi)眾多，在不同的工作環(huán)境下所起到的作用也有所區(qū)別， 因此對(duì)聯(lián)軸器的選擇也是設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。移動(dòng)底盤(pán)因?yàn)闀?huì)與地面產(chǎn)生直接接觸，在整個(gè)車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)行的過(guò)程中，底盤(pán)會(huì)受到路況的干擾產(chǎn)生不可避免的振動(dòng)甚至碰撞，因此需要選擇減振性能較強(qiáng)的聯(lián)軸器，經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料，最終決定選用如圖
4.2.3 所示，內(nèi)、外徑分別為 8 和 30 的橡膠減振聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器的橡膠部分可以實(shí)現(xiàn)減振的作用。
圖 4.2.3 橡膠減震聯(lián)軸器
結(jié)論
本文僅對(duì)可承載貨物并完成運(yùn)送的車(chē)載穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行分析和研究，主要對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選型、設(shè)計(jì)和受力分析。在有限的研究時(shí)間內(nèi)主要完成了：平臺(tái)平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行受力分析、升降機(jī)構(gòu)的選型、底盤(pán)移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，以及對(duì)整機(jī)進(jìn)行SolidWorks 裝配圖的繪制等幾項(xiàng)工作。由于本設(shè)計(jì)的內(nèi)容涉及知識(shí)面較廣，且設(shè)計(jì)的過(guò)程中存在一些僅憑個(gè)人能力難以解決的問(wèn)題，因此該設(shè)計(jì)不盡完美，還存在很大的優(yōu)化空間。
近年來(lái)，交通運(yùn)輸和貨物儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)物料裝卸對(duì)運(yùn)輸工具的平穩(wěn)度需求有增無(wú)減，這也使穩(wěn)定平臺(tái)成為了人們熱衷研究的項(xiàng)目。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，具備不同功用的穩(wěn)定平臺(tái)也應(yīng)運(yùn)而生。本文設(shè)計(jì)的車(chē)載可移動(dòng)穩(wěn)定平臺(tái)可為當(dāng)代飛速發(fā)展的物流業(yè)提供貨物運(yùn)輸過(guò)程中的安全保障，尤其是對(duì)某些對(duì)運(yùn)輸條件有高要求的物品來(lái)說(shuō)，能夠大大提高物品的完整性和無(wú)損性。對(duì)未來(lái)相關(guān)方面的應(yīng)用有十分重要的理論指導(dǎo)意義。
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附錄 1：外文翻譯
連桿機(jī)構(gòu)
連桿存在于車(chē)庫(kù)門(mén)裝置，汽車(chē)擦裝置，齒輪移動(dòng)裝置中。它是一種被給予很少關(guān)注的機(jī)械工程學(xué)的組成部分。
連桿是具有兩個(gè)或更多運(yùn)動(dòng)副元件的剛性機(jī)構(gòu)，用它的連接是為了傳遞力或運(yùn)動(dòng)。在每個(gè)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)期間，連桿占據(jù)一相對(duì)于地面的固定位置或者作為一個(gè)整體來(lái)承載機(jī)床。這些連桿是機(jī)器的主體，被稱(chēng)為固定連桿。
基于通過(guò)旋轉(zhuǎn)或滑動(dòng)界面連接的部件的布置被稱(chēng)作連接。這類(lèi)通過(guò)面接觸或線(xiàn)接觸的連接機(jī)構(gòu)被稱(chēng)作低副，而高副是基于接觸點(diǎn)或彎曲分界面的。低副的例子包括鉸鏈連接、軸承與軸的配合、滑道以及萬(wàn)向接頭。高副的例子包括凸輪和齒輪。
運(yùn)動(dòng)分析基于機(jī)械幾何加上識(shí)別運(yùn)動(dòng)的因素（如輸入角速度，角加速度等）來(lái)研究特定的給定機(jī)制。運(yùn)動(dòng)合成是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器以完成所需任務(wù)的過(guò)程。 在這里，選擇類(lèi)型以及新機(jī)構(gòu)的尺寸都可以是運(yùn)動(dòng)合成的一部分。
平面的、空間性的和球面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
平面機(jī)構(gòu)是其中所有粒子描述平面曲線(xiàn)的平面機(jī)構(gòu)叫做空間，并且所有平面都是共面的。大多數(shù)連桿和機(jī)構(gòu)被設(shè)計(jì)為刨床系統(tǒng)。其主要原因是平面系統(tǒng)工程更方便?？臻g機(jī)制要求計(jì)算機(jī)合成的工程要復(fù)雜得多。平面低副機(jī)構(gòu)被稱(chēng)作二維的連接裝置。平面的連接僅涉及旋轉(zhuǎn)和棱柱對(duì)的使用。
空間機(jī)構(gòu)沒(méi)有對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)的限制。平面的和球面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)都是空間機(jī)構(gòu)的子集， 這個(gè)頁(yè)面上沒(méi)有考慮空間機(jī)制/聯(lián)系。球形機(jī)構(gòu)在每個(gè)連桿上有一點(diǎn)是靜止的，所有連 桿的固定點(diǎn)在同一位置。機(jī)構(gòu)中所有顆粒的運(yùn)動(dòng)是同心的，并且可以通過(guò)它們的陰影重 新定位在以公共位置為中心的球形表面上。在該頁(yè)上不考慮球形機(jī)構(gòu)/連桿。
可動(dòng)性
連桿在運(yùn)動(dòng)中所表現(xiàn)的自由度數(shù)是一個(gè)很重要的問(wèn)題。為了使裝置被送到指定位置應(yīng)控制獨(dú)立的活動(dòng)自由度。它可能是由桿的數(shù)量和連接方式?jīng)Q定的。一自由連桿通常有3個(gè)自由度(x , y, θ )。由于自由度數(shù)的限制在n連桿裝置中，通常把一個(gè)桿固定。自
由度數(shù)=3(n-1).連接二連桿的機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度約束的增加。有兩個(gè)約束的二連桿連接， 其中一個(gè)自由度是來(lái)約束這個(gè)系統(tǒng)的。有一個(gè)約束的連桿機(jī)構(gòu)的自由度是j1，有兩個(gè)約 束的連桿機(jī)構(gòu)的自由度是j2。這個(gè)系統(tǒng)的自由度數(shù)可表示為m = 3 (n-1) - 2 j 1 - j 2
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以下為可動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)裝置的示例
0是這個(gè)體系中可動(dòng)的機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)中僅僅由一連桿的位置固定可以將可動(dòng)1安裝在固定位置。系統(tǒng)中需要一個(gè)可動(dòng)的2與兩個(gè)連桿來(lái)確定連接位置。這是個(gè)一般的規(guī)則，但也存在例外，它可以作為一個(gè)可動(dòng)性連桿布局的很有用的參考。
格朗定律
當(dāng)設(shè)計(jì)一連接連桿時(shí)，在連續(xù)地旋轉(zhuǎn)連桿處，例如由一馬達(dá)輸入時(shí)，連線(xiàn)可以自由地旋轉(zhuǎn)完全運(yùn)行驅(qū)動(dòng)是很重要的。如果連桿鎖在任一點(diǎn)則方案不會(huì)工作。四桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和gras.of定律對(duì)這個(gè)情況進(jìn)行提供了簡(jiǎn)單的測(cè)驗(yàn)。格朗的定律如下：
b(短的鏈環(huán))+c(長(zhǎng)的鏈環(huán))
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