一种抗眩晕训练平台三自由度并联机构优化设计

曹建平，王海东，高富东

(海军航空大学青岛校区, 山东 青岛 266041)

抗眩晕训练是海军舰艇人员的必备训练科目，目前训练器材局限于滚轮、旋梯及浪木等手动式装置，这些装置仅能进行单方面的往复运动，无法模拟复杂海况下船舶多方向运动引起的机体眩晕感，因此设计一种能模拟船舶多自由度运动的训练平台非常必要。考虑到承载能力和运动精度，复杂海况下船舶运动模拟平台一般基于并联机构设计，包括六自由度[1]、三自由度[2]、二自由度[3]并联机构。人员晕船是由船舶的周期性振荡引起的，船舶的六自由度运动中，只有垂荡、横摇和纵摇运动是纯粹的振荡运动，因此三自由度并联机构更适用于抗眩晕训练。

灵巧度是衡量并联机构输入与输出运动之间传递精度和评价机构运动学性能的重要指标[4]，众多学者以灵巧度为指标对并联机构进行了优化设计。针对单一指标评定灵巧度的局限性，陈修龙等[5]定义了一种能综合评价不同位形下并联机构灵巧度的指标——平方平均灵巧度系数。于凌涛等[6]提出了全域空间条件数均值与全域空间条件数波动值的综合灵巧度指标。作为优化问题评价指标时，灵巧度必须考虑全域范围的值，在定义全域值时一般都是基于工作空间计算，而三自由度并联机构可达工作空间较小，因此还应考虑可达工作空间每个位置所有姿态下的复合灵巧度，这样的评价对优化设计更具有指导意义。……