基于VEGA的Steward动感平台数字化建模方法研究

在大型车的驾驶培训中，存在着培训要求严、费川高、难度大且训练周期长等问题，驾驶模拟系统可以解决真实车辆驾驶培训过程中面临的棘手问题，是-种有效的辅助驾驶培训手段.因此，国内众多高校利科研机构都在开展相关的应州技术研 。 1。

Vega J是-套完整地川于开发交互式、可视化仿真应川的软件平台和 具集.它具有易川性、高效性、集成性、可扩张性及跨平台性的特点，这些特点使川户能快速准确地开发山合乎要求的视景仿真应川程序.因此，Vega成为.Hj户有效、快速、准确 的视景仿真应用开发： 具之-.本文运用Vega建模软什，实现了基于虚拟现实技术的驾驶模拟系统中的六 自由度 Steward动感平台的数字化建模，可以高效地解决与特定应用领域相关的技术问题。

1 Steward动感平台结构六 白由度并联动感平台的结构如图 1所示，由I制定平台、上平台和 6个支杆构成.支杆与上-平台由铰链连接，铰链的分布呈正三角形布局，其关键结构参数包括同定平台的入个顶点 ～ ，上平台的六个项点 ～ ，嘲定平台顶点的外接圆半径R与上平台顶点的外接圆半径r，上下平台的距离为h，杆的长度为 l(图2).这些关键的结构参数的设置有助镀算和分析平台的运动极限位置，建立其运动学方 以及分析研究计算上。 平台杆的方法. (说明：图 1初始状态时上l平台各对应绞点间的长度皆为 1)收稿 日期：2Ol2-loll基金项 目：广东势技计划项 目 (2012B060200013)；梅州市科技计划项 目 (梅市科[2003]3号 )作者简介：王石榴 (197( )，男，辅莆田人，高级工程师。

伊犁师范学院学报 (自然科学版) 2013年图 2 六自由度并联动感平台坐标系2 六 自由度并联动感平台极限位置动感平台的八个支杆为液压缸或电动缸，.I：作时，入个缸各臼有动力驱动 (图 3所示)，使得各杆上部在缸内伸缩，通过各杆的协调伸缩力作川丁上平台，使上平台处于给定的任意位姿，包括y、z向的平移和绕各轴的转动.图 l所示为初始位置，平台的各向极限位置如表 1所示。

3 Steward动感平台数字化建模过程在充分了解六自由度 Steward并联动感平台的结构及运动范同的基础上，采朋 Vega Prime建模软件进行建模并没计主要建模流 ( 4)，其顺序依次为建立坐标系、变换坐标、建立运动学方 、装配平台结构、计算平台杆长，这样就可以实现Steward动感平台数字化建模，为进行 Steward动感平台力学特性分析和 Steward动感平台体感仿真算法的研究奠定数学基础。

图 3 各缸驱动位置表 1 平台的极限位置各向参数 最人值x向 I 移Y向平移Z向 移绕 x轴转角绕 Y轴转角绕 z轴转角±300ram±300mm±300mm±l5±1530。

建建 装 计建 变 立 配 算 、 厶换 爆 F I 坐 坐 动 台 厶 数II 字 标 标 学 结 杆化 系 方 构 长模 程型图 4 Steward动感平台数字化建模流程3.1 六自由度动感平台坐标系的建立由图 1 I图2可知，同联于同定平台的同定坐标系 O- 的原点D和同联于动平台的动坐标系O -x'/z 的原点D ，分别位于同定平台 1动平台的中心 (外接圆圆心)，初始状态时，I刮定坐标系中z轴通过点D，，且同定坐标系利动坐标系的相应各轴同向，IDlOIh。

设同定平台与动平台的顶点外接圆半径分别为尺和，.，圆弧段 ， ， 的弧度相等，均设为t，Di D2，D3D4，DsD6的弧度相等，其弧度设为 ，则同定平台顶点 ， ，， 在固定坐标系O-中的坐标为： sc争 争 0 I，l-Reos(；三× 争言× 0 l，十胁sc争言× 州争三× 0 I， 争考× c争 t× 0 l，l-Rcos(3言×rcu)，-Rsin(nj考× 0，第 1期 王石榴，林之丹：基于VEGA的Steward动感平台数字化建模方法研究-4-5[-Rcos(圭×1-0)，-Rsin( × ，初始状态时，动平台上顶点D。，D2，，06在动坐标系0 -x'y'z 中的坐标为 c × c × ， c × c × ， sc c争 ，Acosflcosycosflsin- sin 80sc nc争 I c争 ru-rsin(； × 。I c争主× 争争 。

3.2 六自由度动感平台的齐次变换矩阵设I司联于动平台的动坐标系O -x'y'z 相对于同定平台的固定坐标系O-xyz的 轴旋转口角、Y轴旋转 角、z轴旋转 角，动坐标系的原点D 在l制定坐标系O-xyz中的坐标为 (xp，YP，zp)，则坐标变换公式为：sin sinpcos -COS sinsin sinpcos 十COSO：'COSsin cosfl03.3 六自由度动感平台运动学方程的建立设动平台各顶点 在 定坐标系0-xyz中的坐标为 ( ， ，zq)， l，2，，6，则有：xDyz1)l Azon1由上式得各顶点的坐标 ( ，YDi ，)，于是，可以得到上、下平台各相应连接顶点间的距离，即I - √ - )2 - )2( - ) ，则六 白由度动感平台的位置逆解计算公式为 - ， l，2， ，6，其中： 为各驱动缸的伸山鼙。

如果缸的伸山鼙 值太人，缸运动瞬时速度很人，对缸冲击也会很人，为了使缸运动过 平稳，需要对驱动缸的伸出量进行插补。

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3.4 Steward动感平台装配结构Steward动感平台 (图 1)由 定平台、上下平台和 6个支杆构成，支杆与上下平台由铰链连接，铰 链 的分 布 呈正 三角形 布局 .采用 Vega剃Creator[ 。 建模软件进行平台的装配，其装配结构如图5所示。

图 5 Steward动感平台装配结构图4 结论本文在充分研究了六 白由度 Steward并联动感平台的结构及运动范围的基础上，建立了动感平台46 伊犁师范学院学报 (自然科学版) 20l3年的坐标系、变换矩阵、运动学方程，得到了位置逆解计算公式，并采用 Vega Prime建模软件进行平台装配，得到了 Steward动感平台数字化模型，为进行 Steward动感平台力学特性分析和 Steward动感平台体感仿真算法做了必要基础研究。