車載穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì),車載穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì),車載,穩(wěn)定,不亂,平臺(tái),設(shè)計(jì) 大連大學(xué)2018 屆 畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ）題 目 名 稱 ： 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 所在學(xué)院：機(jī) 械 工 程 學(xué) 院專業(yè)（班級(jí)）：機(jī) 英 145學(xué)生姓名：林 倩 雯指導(dǎo)教師：劉 明 科評(píng)閱人：院長：吳 蒙 華 DALIANUNIVERSITY 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì)總 計(jì) ： 畢 業(yè) 論 文 ： 40 頁表 格 ： 0 表插 圖 ： 18 幅 指 導(dǎo) 教 師 ： 劉 明 科評(píng) 閱 人 ：完 成 時(shí) 間 ： I 摘 要汽 車 或 貨 車 在 路 面 上 行 駛 時(shí) ， 因 為 所 遭 遇 的 路 況 有 所 不 同 ， 會(huì) 出 現(xiàn) 一 些 可 以 預(yù) 見 的諸 如 車 體 顛 簸 、 搖 晃 、 傾 斜 等 情 況 ， 由 此 容 易 使 車 內(nèi) 所 載 貨 物 有 發(fā) 生 傾 灑 、 泄 露 甚 至 爆炸 的 危 險(xiǎn) 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 可 通 過 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 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 單 片 機(jī) 整 理 數(shù) 據(jù) ， 驅(qū) 動(dòng) 直 線 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 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 載 ，還 廣 泛 的 應(yīng) 用 在 各 行 各 業(yè) 中 ， 它 已 成 為 現(xiàn) 今 國 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 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) ， 該 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 主 要 包 括 直 線 電 機(jī) 裝 置 、 四 桿 機(jī) 構(gòu) 、 剪 叉 機(jī) 構(gòu) 、 底 盤 機(jī) 構(gòu) 等 。 它 的 主 要 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 有 ： 長 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 體 發(fā) 生 顛 簸 時(shí) ， 通 過 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 車體 部 分 ， 由 剪 叉 升 降 機(jī) 構(gòu) 及 全 向 輪 底 盤 組 成 ， 可 通 過 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 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 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 電 機(jī) ； 萬 向 節(jié) ； solidworks II ABSTRACTDue to the impact of different roads conditions, there will be bumps or tilt during thecar 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 mobileplatform 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 theinclination degree, and then adjust the data through the single-chip microcomputer to drivethe linear motor movement and adjust the dynamic attitude standard. Thus isolating theoutside device interference, so that the platform has been in a horizontal state to ensure thesafe transport of goods. Stable platform widely used in all walks of life, which has becomethefocusofthecurrentinternationalresearchtopics.First of all, this paper designs a new type of vehicle self-stabilizing platform, which includeslinearmotordevice,four-barmechanism， scissormechanismandchassismechanism.Themainparametersare:length800mm,width800mm,height870mm,net weight20Kg,themaximumheightafterriseis1.27m.Thedeviceisdividedintotwoparts： theupperpartistheplatformpart,whichcanbeadjustedbychangingtheirownposturewhenencounteringinthebumps and always maintain a steady state of the level, so as to achieve the function ofisolation movement object disturbance. the lower part is the body part,which composed ofscissor lifting mechanism and omni-directional chassis. It can be lifted in any point byintelligent remote control system. Its function is to make the platform to do any directionsmovementandinsitu360nodeadanglerotation.Secondly,themotionanalysisandstaticanalysisoftheself-stabilizingmechanismofthestable platform are carried out,and the analysis result can achieve the function of automaticadjustment.Finally,SolidworkssoftwareisusedtosimulatethemovementoftheorganizationandusingMatlabfordataanalysis.Toprovethatitcancompletetheestablishedrequirements of self-stabilization, lifting and moving.Through the graduation design can achieve theestablishedfunctionofintelligentadaptiveself-stabilizationmobileplatform.Keywords:self-stabilizingplatform； linearmotor； universaljoint； solidworks I 目 錄摘 要 .ABSTRACT.1 緒 論 .21.1研 究 背 景 .21.2選 題 的 理 論 意 義 和 應(yīng) 用 價(jià) 值 .21.3平 臺(tái) 的 國 內(nèi) 外 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 .32 移 動(dòng) 平 臺(tái) 概 述 .52.1平 臺(tái) 的 設(shè) 計(jì) 原 理 .52.2平 臺(tái) 各 組 成 部 分 .53 平 衡 機(jī) 構(gòu) 的 比 較 和 設(shè) 計(jì) .63.1四 桿 機(jī) 構(gòu) .63.2四 桿 機(jī) 構(gòu) 極 限 位 置 計(jì) 算 .93.3四 桿 機(jī) 構(gòu) 各 桿 件 的 受 力 分 析 .114 舉 升 機(jī) 構(gòu) 及 移 動(dòng) 底 盤 的 選 擇 和 設(shè) 計(jì) .144.1舉 升 機(jī) 構(gòu) 的 比 較 及 選 擇 .144.2移 動(dòng) 底 盤 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 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 1 1 緒 論1.1研 究 背 景近 年 來 國 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 說 ， 保 證 被 運(yùn) 貨 物 的 安 全 性 和 無 損 性 ， 是 現(xiàn) 代 物 流 業(yè)面 臨 的 核 心 問 題 ， 也 是 最 困 難 的 問 題 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 對(duì) 于 運(yùn) 輸 行 業(yè) 來 說 利 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 大 于 弊 。它 不 僅 能 夠 減 少 貨 物 因 路 況 造 成 的 車 體 顛 簸 產(chǎn) 生 的 不 必 要 損 壞 ， 使 貨 物 在 被 運(yùn) 輸 的 過 程中 更 加 安 全 ， 而 且 對(duì) 于 運(yùn) 輸 工 作 者 來 說 ， 車 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 。 可 以 給 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 ， 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 程 中愈 來 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 實(shí) 現(xiàn) 最 大 程 度 減 少 運(yùn) 輸 過 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 載 穩(wěn) 定 且 可 移 動(dòng) 的平 臺(tái) ， 經(jīng) 過 多 次 修 改 和 優(yōu) 化 ， 本 文 設(shè) 計(jì) 的 車 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 。 二 、 作 為 主 動(dòng) 平 衡 裝 置 ， 應(yīng) 用 在 大 型 車 輛 的車 廂 上 。 目 前 國 內(nèi) 的 各 個(gè) 較 有 規(guī) 模 的 快 遞 公 司 ， 倉 庫 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 就 能 幫 助 倉 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 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 庫 中 ， 還 能 夠 通 過 操 控 無 線 遙 控 器 來 控 制 穩(wěn) 定 運(yùn) 輸 小 車 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 的 底 盤 采 用 了 全 向 輪 裝 法 ，使 小 車 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 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 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 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 2 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 最 大 的 特 點(diǎn) 在 于 ， 無 論 路 面 情 況 如 何 變 化 ， 它 都 能 通 過 平 臺(tái) 機(jī) 構(gòu) 的 自動(dòng) 調(diào) 整 運(yùn) 動(dòng) 和 姿 勢 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 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 。 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 。 運(yùn) 用 在 船 業(yè) 上 ， 還 能 保 證 船只 的 平 穩(wěn) 航 行 。 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 實(shí) 現(xiàn) 起 來 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 的 效 率 并 減 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 足 人 們 對(duì) 生 活 、 生 產(chǎn) 的 要 求 。1.3 平 臺(tái) 的 國 內(nèi) 外 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 很 長 一 段 時(shí) 間 以 來 都 是 國 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 載 、 機(jī) 載 、 彈 載 中 。 很 多 國 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 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 體 系 和 船 舶 的 上 工 作 面 姿 態(tài) 檢 測 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 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 外 尤 其 是 世 界 先 進(jìn) 國 家 ， 我 國 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 的 的 開 發(fā) 和 研 究 水 平 落 后 了 將 近 二十 年 。 同 時(shí) ， 國 內(nèi) 自 主 研 發(fā) 的 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 目 前 面 臨 著 許 多 問 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 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 國 內(nèi) 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 相 關(guān) 研 究 愈 來 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 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 的 水 平 正 在 逐 漸 向 世 界 先進(jìn) 國 家 看 齊 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 3 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 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 的 工 作 是 為 了 能 夠 實(shí) 現(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 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 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 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 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 信 號(hào) 進(jìn) 行 采 集 ， 然 后 根 據(jù) 采 集 測 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 ， 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 題 。 接 下 來 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 ， 利 用 微 處 理 器 K60型 號(hào) 編 寫 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 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 桿 的 伸 、 縮 速 度 主 要 通 過 編 寫 的 程 序 代 碼 控 制 ， 程 序 代 碼 編 寫 結(jié) 束 后可 以 通 過 PID算 法 得 到 pw波 ， 此 時(shí) 所 得 的 pw波 可 以 控 制 直 線 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 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 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 的 運(yùn) 動(dòng) 部 分 ： 為 了 實(shí) 現(xiàn) 車 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 的 運(yùn) 動(dòng) 部 分 對(duì) 稱 設(shè) 置 了 四 個(gè) 萬 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 程 中 所 受 的 摩 擦 力 盡 可 能 的 減 小 ， 經(jīng) 過 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 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 向 輪 機(jī) 構(gòu) 等 機(jī) 構(gòu) 組 成 。 直 線 電 機(jī) 為 可 伸 縮 的 連桿 機(jī) 構(gòu) 提 供 動(dòng) 力 ， 再 通 過 兩 組 相 互 垂 直 的 雙 折 分 支 并 聯(lián) 機(jī) 構(gòu) 來 使 平 臺(tái) 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 在 水 平 和豎 直 方 向 上 的 運(yùn) 動(dòng) ， 最 后 通 過 剪 叉 機(jī) 構(gòu) 實(shí) 現(xiàn) 平 臺(tái) 的 升 降 運(yùn) 動(dòng) ， 底 盤 通 過 萬 向 輪 機(jī) 構(gòu) 來 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 元 件 等 。 本 文 主 要 敘 述 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 部 分 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 4 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 為 它 們 有 相 同 的 工 作 原 理 ， 所 以 下 文 我 們 只 對(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 圖 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 5 如 上 圖 所 示 ， 由 直 線 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 回 運(yùn) 動(dòng) 。經(jīng) 過 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 度 ， 從 動(dòng) 件 分 別 為 桿 件 2、 3、4， 兩 個(gè) 從 動(dòng) 件 間 都 由 銷 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 足 運(yùn) 動(dòng) 要 求 ， 所 以 選 擇 用特 殊 結(jié) 構(gòu) 的 銷 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 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 761 Lp 據(jù) 機(jī) 構(gòu) 自由 度 計(jì) 算 公 式 有 ： 10725323 HL PPnF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 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 向 節(jié)如 圖 3.1.3所 示 為 桿 件 4、 支 撐 桿 5之 間 銷 連 接 結(jié) 構(gòu) ， 組 成 一 個(gè) 萬 向 節(jié) ： 圖 3.1.3 銷 連 接 模 型 圖上 述 所 提 可 實(shí) 現(xiàn) 萬 向 節(jié) 回 轉(zhuǎn) 功 能 的 銷 軸 結(jié) 構(gòu) 由 銷 、 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 L的 桿 件 連 接 在 以 上 提 到 的 銷 軸 結(jié) 構(gòu) 上 。 最 終 獲 得 結(jié) 果 如 下 ： 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 6 cos12 2 LS可 擺 動(dòng) 16020 圖 3.1.4 萬 向 節(jié) x 軸 與 y軸 角 度 曲 線本 機(jī) 構(gòu) 所 用 的 萬 向 節(jié) 是 由 銷 和 軸 承 組 合 而 成 的 ， 它 的 應(yīng) 用 是 整 個(gè) 車 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) 過程 中 保 持 潤 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 程 中 所 面 臨 的 最 大 的 難 題 ， 即 X、 Y軸 的 干 涉 問 題 。 本 裝 置 從 進(jìn) 入 設(shè) 計(jì) 階 段 開 始就 考 慮 到 這 個(gè) 問 題 的 嚴(yán) 重 性 ， 也 試 想 過 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 使 用 分 層 來 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 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 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 題 。 但 是 分 別 設(shè) 置 獨(dú) 立 的 兩 層 連 桿 、 搖 桿機(jī) 構(gòu) 來 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 足 機(jī) 構(gòu) 單 層 的 橫 、 縱 向 同 時(shí) 運(yùn) 動(dòng) 的 要 求 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 7 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 時(shí) ， 機(jī) 構(gòu) 會(huì) 達(dá) 上 偏 角 極 限 位 置 ， 此 時(shí) a、 b 共 線 ， 且 出 現(xiàn) 極 點(diǎn) ， 為 避 免 這 種 情況 發(fā) 生 ， 應(yīng) 該 滿 足 ： 222 sincos barHrr bba (3.2-1)展 開 得 ： b baa r HrrbarH 2cossin 2222 (3.2-2)即 上 極 限 偏 角 ： HrrHr Hrrba aab ba arctan2arcsin 22 2222 (3.2-3)考 慮 到 實(shí) 際 ， 0, 之 間 。 由 三 角 形 的 構(gòu) 成 條 件 ， 平 臺(tái) 水 平 時(shí) 應(yīng) 有 ： 22 ba rrHba (3.2-4)豎 直 時(shí) （ 不 存 在 ） ， 應(yīng) 有 ： 22 ab rrHba (3.2-5) 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 8 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 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 足 ： 222 sincos bab rbHrrb (3.2-6)展 開 得 : baba rb aHrrbrH 2cossin 2222 (3.2-7)解 得 : HrHrrb aHrrb aab ab arctan2arcsin 22 2222 (3.2-8)考 慮 到 實(shí) 際 工 況 ， 處 于 0,2 之 間 。 由 三 角 形 的 構(gòu) 成 條 件 可 知 ， 當(dāng) 平 臺(tái) 處 于 豎直 （ 不 存 在 ） 或 水 平 時(shí) ， 應(yīng) 滿 足 (3.2-4)和 (3.2-5)條 件 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 9 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 狀 態(tài) 受 力 簡 圖圖 3.3.1 為 機(jī) 構(gòu) 上 爬 狀 態(tài) 受 力 簡 圖 ， 設(shè) 平 臺(tái) 可 承 重 為 kgM ， 在 角 度 為 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 ：g1 DCg MMF 重 力 （ 3.3-1）連 架 桿 AB的 重 量 為 ： g2 ABMF 重 力 （ 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AF ， 據(jù) 圖 可 知 cosGFA ， AF 隨 著 G 增 大 而 增 大 ， 隨 著 的 增 大 而 減 小 。 直 線 電 機(jī)供 給 動(dòng) 力 的 推 桿 給 鉸 鏈 K一 個(gè) 大 小 為 KF 方 向 為 IK的 力 。 二 力 桿 CB兩 端 的 鉸 鏈 由 于 二力 平 衡 ， BF 和 CF 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 2是 BC和 X軸 的 夾 角 ， 把 DF 分 解 到 水 平 和 豎 直 兩 個(gè) 方 向 XDF 和 yDF ， 同 樣 的 XCF 和 yCF 是由 CF 分 解 的 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 10 圖 3.3.2 連 架 桿 DC 受 力 簡 圖由 靜 力 平 衡 可 得 ： 0 0X DX CXF F F （ 3.3-3） 0 ( ) 0Y DY CYF F F M mg （ 3.3-4） 5 510 ( ) 0 O CYM F L L M m g （ 3.3-5）解 得 ： 4tan1 ( )4 ( )DF M m g M m g （ 3.3-6） ( ) (1 tan )4 tanC M m gF （ 3.3-7）同 理 可 知 ， 在 直 線 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 k。 圖 3.3.3 連 架 桿 AB受 力 簡 圖 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 11 按 圖 3.3.3示 列 方 程 ： 0 0X AY KY CYF F F F （ 3.3-8） 0 0ABY AX M X KX CXF F F F F （ 3.3-9） 3 610 + L L = 0 ABO M Y CY KYM F F F （ 3.3-10）帶 入 公 式 解 得 ： A AX AYF F F （ 3.3-11） 3 36sin sin sinAB N C MK KM g L F LF L （ 3.3-1）其 中 : 31 arcsin( )N CL DA L （ 3.3-13）36sin 3arcsin( )K L L （ 3.3-14）3 3 5 4sin90 sin ( )arcsin( )M CL DH L L A L BL （ 3.3-15） 6 1 1 6 3 c o sL L L L L （ 3.3-16） 圖 3.3.4 四 桿 機(jī) 構(gòu) 各 支 點(diǎn) 受 力 圖 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 12 圖 3.3.4為 各 個(gè) 鉸 鏈 的 受 力 仿 真 圖 ， 通 過 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 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 13 4 舉 升 機(jī) 構(gòu) 及 移 動(dòng) 底 盤 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 單 、 成 本 低 廉 ， 但 是 帶 傳 動(dòng) 在 過 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 題 ， 暫 不 采 用 本 方 案 。 如 圖 4.1.2所 示 ： 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 14 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 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) 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 15 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 0180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 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 圖 ： 圖 4.1.4（ a） 剪 叉 式 升 降 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 簡 圖經(jīng) 過 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 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 簡 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 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 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 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 16 圖 4.1.4（ b） 直 線 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 的 比 較 與 設(shè) 計(jì)本 文 設(shè) 計(jì) 的 車 載 移 動(dòng) 平 臺(tái) 應(yīng) 該 具 備 可 在 貨 物 倉 庫 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 中 的 移 動(dòng) 和 必 要 的 轉(zhuǎn) 向 ， 因 此 ， 所 選 擇 的 移 動(dòng) 底 盤必 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 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 。 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 由 四 個(gè) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 的 全 向 輪 在 底 盤 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 小 輪 軸 的 受 力 可 能 存 在 受 力 過 大 的 問 題 從 而影 響 整 個(gè) 移 動(dòng) 底 盤 的 使 用 壽 命 ， 但 由 于 四 個(gè) 輪 呈 對(duì) 稱 分 布 ， 因 而 小 輪 軸 的 受 力 情 況 也 較為 均 勻 ， 以 上 問 題 便 得 以 解 決 。 此 外 ， 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 的 四 輪 底 盤 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 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 17 本 裝 置 中 電 機(jī) 軸 和 全 向 輪 之 間 通 過 橡 膠 吸 震 聯(lián) 軸 器 連 接 ， 利 用 滾 針 軸 承 降 低 底 盤 摩擦 連 接 部 分 的 摩 擦 程 度 ， 再 加 上 端 面 軸 承 的 配 合 ， 使 底 盤 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 裝 配 圖 如 圖 4.2.2示 ： 圖 4.2.2 移 動(dòng) 底 盤 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 中 起 著 不 可小 視 的 作 用 ， 由 于 聯(lián) 軸 器 的 種 類 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 因 為 會(huì) 與 地 面 產(chǎn) 生 直 接 接觸 ， 在 整 個(gè) 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 運(yùn) 行 的 過 程 中 ， 底 盤 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 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 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 18 圖 4.2.3 橡 膠 減 震 聯(lián) 軸 器 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 19 結(jié) 論 本 文 僅 對(duì) 可 承 載 貨 物 并 完 成 運(yùn) 送 的 車 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 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 程 中 存 在 一 些 僅 憑 個(gè) 人 能 力 難 以 解 決 的 問 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 ， 交 通 運(yùn) 輸 和 貨 物 儲(chǔ) 存 倉 庫 物 料 裝 卸 對(duì) 運(yùn) 輸 工 具 的 平 穩(wěn) 度 需 求 有 增 無 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 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 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 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 說 ， 能 夠 大 大 提 高物 品 的 完 整 性 和 無 損 性 。 對(duì) 未 來 相 關(guān) 方 面 的 應(yīng) 用 有 十 分 重 要 的 理 論 指 導(dǎo) 意 義 。 車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 20 參 考 文 獻(xiàn)1 胡 壽 松 .自 動(dòng) 控 制 原 理 M ， 北 京 ； 科 學(xué) 出 版 社 ， 2001.2.2 武 曉 春 .車 載 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 隨 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) D.西 安 工 業(yè) 大 學(xué) ,2013.3 楊 汝 清 .現(xiàn) 代 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) ： 系 統(tǒng) 與 結(jié) 構(gòu) M .上 海 ： 科 學(xué) 技 術(shù) 文 獻(xiàn) 出 版 社 ， 2000.4 李 偉 .船 舶 液 壓 穩(wěn) 定 平 臺(tái) 的 設(shè) 計(jì) 與 分 析 D.大 連 海 事 大 學(xué) ,2010.5 羅 二 娟 ,牟