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含CAD图纸、说明书 六自由度四维座椅人机设计【 含CAD图纸 CAD图纸 CAD图纸】

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毕业设计（论文）任务书学生姓名班级专业机械设计制造及其自动化导师姓名职称单位毕业设计（论文）题目四维座椅人及设计毕业设计（论文）主要内容和要求：内容：（1）确定座椅结构，尺寸；（2）座椅的底部旋转，前后移动，底部振动等动作的结构设计；（3）确定底部实现运动的机构组成；（4）校核各结构内部零件尺寸；（5）座椅靠背，扶手等位置安装喷雾装置；（6）整体结构完善调整；要求：1）完成英文文献翻译2）完成毕业设计一份3）完成配图及其主要的零件图毕业设计（论文）主要参考资料：1 周美玉，工业设计应用人机工程学 M.北京：中国轻工业出版社，2001.2 李乐山. 工业设计思想基础 M.北京：中国建筑工业出版社，2007.3 简召全. 工业设计方法学 M.北京:北京理工大学出版社,2004. 4 严扬.人机工程学设计应用M.北京:中国轻工业出版社，2001.5 周美玉.工业设计应用人类工程学M.北京：中国轻工业出版社,2001.6 黄厚石，孙海燕.设计原理M.南京：东南大学出版社，2005.7 董杰.机械设计工艺性手册S.上海:上海交通大学出版社，1989.毕业设计（论文）应完成的主要工作： 根据参考文献，设计一把可以同步场景实现震动、移动、旋转等功能的四维座椅，完成座椅的结构设计，确定座椅材料，校核使用强度，实现三维仿真，最终得到一个可满足要求的产品。毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1设计调研，收集资料并整理2015.01.07-2015.01.152设计分析，初步确定设计方案2015.01.16-2015.01.253草图构思，确定结构尺寸2015.01.26-2015.01.304方案选择及具体设计2015.01.31-2015.02.035设计细化、主要零部件校核强度等2015.02.04-2015.02.276完善图纸，CAD制图，三维仿真2015.03.01-2015.03.307整体检查修改、完成论文初稿2015.04.01-2015.04.208完成论文修改，准备毕业答辩2015.04.21-2015.04.30课题信息：课题性质： 论文课题来源：科研发出任务书日期：指导教师签名： 年 月 日教研室意见：教研室主任签名： 年 月 日学生签名：本 科 毕 业 设 计 题目 四维座椅人机设计 系 别专 业学生姓名 学 号指导教师职 称 年 04 月 28 日摘 要随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提高，对文化娱乐的要求也在不断改变和提高。20世纪90年代初国际上兴起发展起来的动感电影和四维电影就是一项高科技的娱乐产品。观众在看立体电影时，顺着影视内容的变化，可实时感受到电影场景的实时互动,其中最关键的四维座椅具有多维运动功能，能让人感受到科技带来的娱乐性。本文设计了液压驱动、铰链传动的六自由度四维座椅，实现了机构、驱动的集成，具有体积小、结构紧凑、刚度大等优点，并可实现全方位运动。文中对平台铰链、连杆等相关部件行了受力分析，根据分析结果，四维座椅在承载能力和刚度均满足要求。 根据人机工程设计原则，设计了四维座椅结构，大大提升了观众观看电影的舒适性。针对六自由度四维座椅铰链支撑的特点以及运动要求，对座椅运动构型等进行了设计，确定了六自由度四维座椅铰链结构型式，并对座椅运动的参数进行了设计，完成了六自由度四维座椅的三维实体建模设计。关键词 六自由度； 四维座椅； 并联机构； 人机工程AbstractWith the development of science and technology and the continuous improvement of peoples living standard, the culture and entertainment requirements are constantly changing and improving. Twentieth Century at the beginning of the 90s the rise of the development of international action movies and four-dimensional film is a high-tech entertainment products. The audience watching movies, change along the video content, real-time feel real time interactive scenes of the movie, in which four seat key has multi-dimensional movement function, can let a person feel the fun brought by science and technology.本文设计了液压驱动、铰链传动的六自由度四维座椅，实现了机构、驱动的集成，具有体积小、结构紧凑、刚度大等优点，并可实现全方位运动。文中对平台铰链、连杆等相关部件行了受力分析，根据分析结果，四维座椅在承载能力和刚度均满足要求。 根据人机工程设计原则，设计了四维座椅结构，大大提升了观众观看电影的舒适性。针对六自由度四维座椅铰链支撑的特点以及运动要求，对座椅运动构型等进行了设计，确定了六自由度四维座椅铰链结构型式，并对座椅运动的参数进行了设计，完成了六自由度四维座椅的三维实体建模设计。In this paper, the design of six degree of freedom hydraulic drive, four seat hinge transmission, realizes the integration mechanism, the drive, has the advantages of small volume, compact structure, high stiffness, and can realize the full range of motion. On the platform, the connecting rod hinge and other related components in this paper, the stress analysis, according to the results of the analysis, four seats in the bearing capacity and stiffness to meet the requirements. According to the design principle of ergonomics, design a four seat structure, greatly enhance the audience to watch the film comfort. According to the characteristics of the six degree of freedom four seat hinge support and movement, movement of seat configuration were designed, the six degree of freedom four seat hinge structure and parameters on the movement of the seat, the 3D solid modeling design, completed the design of six degree of freedom of the four seat.关键词 六自由度；四维座椅；并联机构；人机工程Keywords: six degree of freedom; parallel mechanism; four seat; Ergonomics目 录1绪论11.1研究背景11.2四维座椅国内外研究现状21.2.1国外现状及发展2动态21.2.2国内研究的现状及发展动态31.2.3四维座椅运动平台研究现状31.2.4四维座椅人机工程研究现状51.3论文的主要工作72 四维座椅运动平台的设计72.1四维座椅的运动方案选择82.2四维座椅运动平台机构设计方法和设计原则82.3 四维座椅运动平台构型设计92.4铰链的设计92.5四维座椅运动平台参数的设计102.5.1上下平台半径的设计102.5.2 铰链点分布角的设计103.四维座椅运动平台的受力分析113.1四维座椅运动平台的受力分析113.2四维座椅运动驱动受力分析133.3四维座椅运动平台的刚度分析134.四维座椅的人机工程设计144.1座椅设计的基本原则144.2四维座椅主要部件154.2.1靠背154.2.2坐垫154.2.3座椅蒙皮164.2.4泡沫软垫164.2.5座椅骨架164.2.6减振机构165 四维座椅运动仿真176 结 论20参考文献21致 谢22本文研究了压电陶瓷直接驱动的六自由度微并联平台，该平台集精密机械和驱动于一体，实现了机构以及驱动设计，具有体积小、结构紧凑、刚度大等优点，可实现纳米级的定位精度。文中针对六自由度微并联平台的特点，对平台及驱动器进行了受力分析；并对六自由度微并联平台进行了结构设计，并对平台机构参数进行了设计。文中进行了压电陶瓷驱动的六自由度微并联平台的机构设计，选择了驱动元件并分析了压电陶瓷的特性，选用了压电陶瓷闭环控制器。1绪 论四维动感影院是一种特殊形式的电影在世界上，相比其他类型的电影，有一个突出的主题，科学和技术内容、 现实功效高，相比于其他电影，熟悉的四个维度的优势上又添加了动态的特殊效果。是一种传统影片进化的基础上的电影院，四个动感是四个维度动感和电影的组合。四维动态影院通常有三个要素： 立体投影系统、 动态效果、 座椅和特效设备和计算机控制系统。这三者的协同作用构成一个系统，在一起以刺激观众的视觉、 听觉、 触觉，和其它器官，并重点涵盖的主题中的环境，各种细节上的环境，以及在特定的环境内观众遇到，创造他身临其境的特殊效果。四维动感座椅是能够实现三个自由度的运动座椅和特效设备的影响，是四维动感影院中不可或缺的元素，它是通过互动效应座椅和特效设备，可以在实现基础的立体视觉身临其境。立体动态效果座两个席位为单位，四维影院，作为场馆建设项目的规模和不同数量的座位可以安排。特效座椅，看上去很舒服的椅子，但可以用摄像机用于同步上下运动在计算机控制下运动，滚来滚去，在球场周围。在画面表现给观众一个燃烧的树砸来时，座椅会及时上下和左右运动。在头部的后面靠近观众的位置，双方内置音频设备，具有影院音响产生特殊的声音效果。动感电影选择了普通胶片相机不同角度的基础上，同时保持画面的运动背景下，观众仿佛置身于物体的运动，看着周围的景色，还是观众坐在可移动的座位。相对电影胶片，以人与电影的融合：四维电影是提高基于3D电影环境影响模拟其中包括新的视频产品，即围绕立体电影和三维仿真环境，包括四维空间中，当在观众观看立体电影院座位的权利，你可以感受到实时水，刮雨，闪电，雪，风暴，撞击等拍腿如同身临其境。11研究背景随着电影产业，技术的发展，3D电影只能在视觉上吸引观众的注意力，但是这种方式似乎并没有已经达到了电影的现代审美标准，所以近年来在国际四维动感电影渐成受欢迎。立体动感电影在美国和俄罗斯的首次上升，然后在英国，法国，澳大利亚，中国和其他国家已经发展的跨越，广大观众普遍喜欢这种类型的电影。立体动感电影是一个更现代的电影，这是关系到电脑，机械，自动化等高科技电影艺术的新兴文化产品。它是除了3D电影的优点，但也能够改变与屏幕上的故事，使同步动态座椅模仿动作。观众对这个充满活力的位子坐在那里，看着大屏幕，屏幕上，你会得到一个伟大的身临其境的效果。通常这种操作是动态的座位有三个方向，即，在垂直方向运动，横向运动和纵向运动。如果评价一个动感影院的好坏，这就主要看四维动感座椅控制系统所能实现控制功能的优劣。它作为动感影院的控制中枢，起着主导性的作用。在四维动态座椅控制系统，伺服控制部和计算机共同控制的座椅的动作，该膜可以根据不同的图像被播放已取得模仿不同的动作，例如，上，下，倾斜，摇摆，震动等，再加上相关的环境仿效果，如烟雾，风雨，雷电，气泡，气味等特殊效果，它可以模仿的那种电影，类似于全感官的环境，不同的四维影院的协调运行的组件构成一个有机的整体，给观众一个不同的角度感觉。 总之，以四维动感座椅为核心的四维动感电影比普通的3D电影具有不可超越的优势。观众在欣赏各种电影时不仅可以感知强烈的视觉冲击到你的电影，你也可以享受一个非常令人兴奋和活力的动感，完全沉浸在一种身临其境，如梦如幻的情景模拟中。四维电影已经打破了传统意义的电影艺术的概念，它是全新的、综合多种技术的高科技产品。尽管四维动感电影已经得到迅速的发展，但是就目前的四维动感座椅控制系统在许多方面有待完善和优化，例如可靠性、稳定性、舒适度和安全性等，并且四维动感座椅的生产成本急需降低，本课题正是因此这种前提被设计出来的。1.2四维座椅国内外研究现状1.2.1国外现状及发展动态四维动感座椅技术兴起于美国，随后迅速在全世界的扩散开来。运动模拟技术的延伸和推广是四维动感座椅技术。而运动模拟技术最先只是应用在科学研究和军事训练等领域，随后才被广泛地使用到其他领域的，例如，科普馆、展览厅、游乐场、电脑仿真游戏等，并早在上世纪末开始逐渐地应用到家庭影院，促进了带有简单的动感效果的座椅的产生。近些年运动模拟技术才发展出四维动感座椅技术，极大的促进了四维动感座椅进入影院等其它场所，尤其是在美国，各大影院、科技馆、游乐场广泛地应用四维动感座椅。1.2.2国内研究的现状及发展动态相比较于世界上其他的发达国家，我国对于四维动感座椅技术的研究的时间很晚，差距很大，不过现在已有多家高校和企业正在积极地做四维动感座椅技术的研究。东北大学建立建模理论与动感座椅系统的机制，某一类型的数学模型，设计了分段线性可变增益控制，开发出了稳态精度高，响应速度快，四维动感座椅系统。中国计量学院设计了一种基于ARM嵌入式的四维动感座椅控制系统。江苏科技大学设计了一种基于AT89c52单片机系统的三自由度的动感座椅。深圳市雅居乐数码机械有限公司研制JMDM系列动感座椅，以获得更好的实际应用。三维动态座椅控制系统通常由主机，伺服控制部分和传动部分提供。其中的伺服控制部分根据不同的控制器可以分为多种类型的控制方式。目前主要有PLC系统、PC和运动控制卡相结合的系统，嵌入式系统、单片机系统等控制类型。如果按照采用不同的动力源进行分类的话，四维动感座椅可以分为采用气压动力传动方式的座椅、采用液压动力传动方式的座椅和采用伺服电动机或步进电动机的传动方式的座椅。为使用，因为其更小的负载气动动力传递模式动态座椅，和不稳定的移动速度，因此，它的应用并不广泛。由伺服电机或步进电机功率动感座椅的硬件组件和控制过程中提供相对复杂，生产成本较高，所以中国现在使用这种形式的动感座椅还没有得到很好的推广。在动感座椅平整，承载能力大，而且它的许多生产成本的形式液压传动流体运动比使用电动模式动感座椅的下部，是一个动感座椅的成本较高。1.2.3四维座椅运动平台研究现状（1）六自由度机构平台的发展随着科学技术的发展和人们研究领域的不断拓宽，针对六自由度机构平台的高刚度，低惯性，高精度，小范围运动空间等显著特点，科学家们并不满足于只将六自由度机构平台应用于宏观领域，为完成更细微和精密的操作，对六自由度机构平台的运动精度等方面也提出了更高的要求，在很多应用领域中需要达到几微米，甚至纳米级的定位精度，如在光纤对接及光学调整、医疗及生物科学、精密检测、超精密加工、微机械零件的操作和装配等，六度研究机构免于现场操作平台宏观物体延长微观领域，因此研究人员将有六个自由度的组织平台技术和微定位技术生产的六度的完美结合自由的组织平台。微定位系统是微米级（毫弧度）的范围，在纳米级的定位系统的距离分辨率和重复定位精度（亚微米弧度或微弧度）内的位移（角度）的机器人机制。DOF机构平台，多学科领域涉及精密机械，计算机，自动控制，精密测量。在精密调整，细微的操作，高精度测量，超精密加工，微组装等方面具有广阔的应用前景。（2）六自由度机构平台的应用综述机构DOF平台已经形成了庞大的系统。随着深入的研究手段的应用程序的强化，六自由度平台，组织理论分析和工程应用已经成为一个热门话题。目前，开发和应用平台上的六自由度机构的应用日益广泛的领域不断扩大，主要是在空间应用，隔离，医疗，光学，工业等领域。（3）六自由度机构平台在空间研究方面的应用现代精密的航天器需要高定位精度和稳定性，如空间激光通信平台，空基干涉空间激光武器，太空望远镜等等，六自由度机构平台可以满足其高精度和高稳定性的要求，因此六自由度机构平台在航天领域得以广泛应用。瑞士电子和微技术中心开发出了世界上最大的地面望远镜，主镜直径10.8米，1M的二级镜的直径，采用六自由度平台机构，40纳米的分辨率副镜定位精确调整。 德国PI公司也开发了大量二次镜精调六自由度机构平台。如图1-1: 图( a )为望远镜二次成像稳定系统，有三个致动器和四个传感器，为三自由度的并联机构；图( b )为美国NASA在夏威夷的红外望远镜上的主动二次镜。a) 二次成像稳定系统 b) NASA 主动二次镜图1-1 PI公司开发的多自由度六自由度机构平台（4）六自由度机构平台在隔振方面的应用现代航天器应用的柔性结构如大型太阳帆板、天线、桁架平台等逐渐变大，这些柔性结构使得振动影响更为突出。在满足这些需要的基础上，六自由度主动隔除震动平台和精确定向平台的六自由度机构已经做了许多的研究。而在另一方面，在宇宙飞船发射振动环境的高要求精度下提出的六自由度有源隔振台应用在卫星和火箭的研究中也很广泛。（5）六自由度机构平台在医疗方面的应用高精度六自由度平台的组织，高稳定性等特点，在现代医学中，广泛应用于生物学。六自由度平台的现代手术使组织能够在操作的难度大找准，如大脑，关节。通过手术优点体制平台装置六个自由度：高精确度，小伤口，速度快，可以减少不必要的损伤，减轻疼痛。而且可以由专家异地指导进行，使病人享受更好的医治。卡内基 - 梅隆基于传感器的规划实验室开发了一种自我六为膝盖手术六自由度机构平台，可以进行骨科手术，它可以使手术过程精确进行，不需要开大切口，能够使病人快速康复。另一方面，该机器人使用力觉传感器来实现表面扫描，自主进行定位，不必进行CT扫描。（6）六自由度机构平台在工业上的应用从历史上看，六自由度平台组织首次专为工业组装，并没有意识到大量使用并行机制。今天机构DOF平台已经极大地推动了MEMS技术在行业中的发展越来越广泛的应用,其典型应用主要在精密定位设备及高精度装配等领域。半导体芯片产品的制造需要纳米级的定位精度，而且对机构的刚度要求也在越来越大。由于压电陶瓷的Stewart 平台能达到这种要求，图1-2 是PI公司开发的并联微动平台及压电陶瓷致动器。图1-2 六自由度精密加工平台和致动器1.2.4四维座椅人机工程研究现状(1)座椅舒适性影响因素的研究对座椅舒适性学习文学，在国内外都进行了大量的研究，根据指标体系，文档然后放在一起的一些重要的研究和对舒适性的座位因素文献分析列表中（见表2-2，其中星号表示参与研究文献的因素，这两颗星是一个有力因素.）座椅几何影响座椅舒适因素，但研究发现，这并不是唯一的最重要的因素。许多文件被称为的腰部支撑的重要作用。的形状和腰部支撑的位置，至于是否以保持良好的姿势能使人，有可能减少人体疲劳中起重要作用。从人体工程学的角度看，腰部是一个关键的组成部分反映了座位功能。因此，座椅的腰部支撑是影响舒适性的关键因素。此外，座椅调节功能的座椅和座椅舒适非常舒适，已成为重点考虑的设计因素。压力分布是最重要的原因不舒服的生物力学的因素，通过该接口压力来评估座椅舒适是一个重要的目标，有效的方法。(2)座椅舒适性评价方法的研究研究舒适性评价方法是确定的座椅舒适性影响因素的基础上，找出各种因素，并通过实验对舒适性的影响，建模等方法之间的关系，并最终建立的舒适指标进行有效的评价。座椅舒适性评价，包括静态和动态舒适性评价，舒适性评价方法更加动态，其中黄宾虹等蒋祖华动感座椅舒适性评价方法进行了总结，总结吸收的功法，国际法标准的整体乘坐值法，一个单一的不适指数方法。为了兼顾舒适性，评级展望主要通过扁问卷调查和客观测量的组合进行了研究。最近学者在舒适性评价方法如下做一些研究。主观问卷做出的舒适得分自己的主观意义上的骑手，可以直观地通过评价得分看乘员的舒适性。比较常见的调查问卷是：通用安慰规模GCR（1969年）和库利希问卷调查（1999），丹妮对R.钐痒问卷（2006年），综合了20个因素影响座椅舒适。客观的测量方法是坐在分析，压力分布的性能分析意见的基础上，肌电图等方法的生理。 Beefalos（2003）测定看电影不舒适的时候。通过模拟电影情节实验的运动进行测量在很长一段时间没有下观看的舒适度，观察使用EMG工作业绩及展望卞问卷调查。大卫吴（1995）使用主观问卷调查，人体测量数据，和两个席位的压力分布很舒适的比较和评价。表1-1 座椅舒适性影响因素研究汇总（3）对座椅的舒适性要求座椅设计，制造的好坏，对座椅的舒适度的影响很大，座椅大小应适合于人体的大小，以确保对人体具有良好的姿势四维座椅的舒适性归纳起来有三方面的内容： (a)振动的舒适性 对于四维座椅振动舒适性来说，它主要研究的是座椅模拟电影情节运动与观众之间的关系，在试验过程中，把它们看作是一个整体，属于动力学系统。在各种运动情况下，人们安全，舒适的追捧。因此，得出科学的结论，以设计和制造最好的座位三维结构。(b)观众坐姿的舒适性舒适的坐姿是把重点放在与座椅结构和几何形状，座椅设计的人类关系的解剖，同时生产一个优秀的静态和动态特性。合理的座椅高度应使体压分布，如座位前方不能太高或太硬，当人们应避免坐在悬空的脚压力分布在大腿，以防血液流通不畅部产生下肢和脚浮肿，男人的背部和座椅靠背整个接缝应后面口袋的最大压力，使躯干的完全支持，而不是背部拱起，不影响手臂的活动，因此，舒适的座椅椅应靠近坐骨座位靠背并列第三腰椎通过集中的压力。 根据上述分析，今后在设计、制造四维座椅时，要考虑到人体的背部和腰部的合理承受点，人的肩部靠住靠背，能减轻颈曲变形。靠住人背腰部，腰弯弧是正常的。我们可以说，这是座设计和制造两个支撑原则，这是非常重要的。(c)体压分布对舒适性的影响座椅影响舒适的另一个因素是人体的生理因素臀部体压分布。周围的臀部坐骨肌肉的人可以承受较大的压力，和大腿肌肉下面的大血管和神经系统内部分配。它不能承受压力，否则会影响神经传导。声压分布不是均匀分布的身体，但是从周围坐骨压力逐渐减小平滑。因此，身体的重量上的缓冲压力应该随臂的不同部分的作用，被分布不均。1.3论文的主要工作如果根据运动的不同的分类自由数驱动机构，所述电流四维动态座椅通常可以分为三种不同的类型。一种可实现自由简单座单度的简单动作，和第二的动作就可以完成相对复杂的动态座椅三个自由度，三个最丰富的类型的动态运动平台六个自由度。它们虽然都应用于的四维动感影院，但有着很大的区别。简单座单自由度，是动感影院座位的首次应用，它的机械结构和控制系统相对简单，相对较低的生产成本，只能上下移动，一个单一的操作只能采取两种观众这么快就被淘汰。三个自由度的四维动感座椅，它的模拟动作效果相对单自由度的较好，可以乘坐观众人数也偏少，运动模式还不够丰富。六个自由度的四维动感座椅有运动平台和静止平台，它承载观众的方式是在运动平台的上面放置并固定许多的普通舒适座椅，而座椅能够根据电影情节，模仿做出相关的动作特效，是借助于整个大的平台的运动带动它上面上的座椅一起运动而实现的，运动平台的面积相对比较大，可以搭载四个、六个或者九个座椅。这种四维座椅动作类型最多，控制系统和传动系统与并联机构平台的类似，六个自由度的四维动感座椅是未来电影院座椅的主流配置。因此本位研究六自由度四维座椅的人机设计。2 四维座椅运动平台的设计目前液压驱动的四维座椅运动平台设计上基本上采取将驱动元件布置在底座上，外加独立的六条支撑传动机构，驱动和支撑机构之间采用铰链连接，可以通过液压缸的运动，带动四维座椅运动平台运动，运动效果丰富。2.1四维座椅的运动方案选择如果根据运动的不同的分类自由数驱动机构，所述电流四维动态座椅通常可以分为三种不同的类型。一种可实现自由简单座单度的简单动作，和第二的动作就可以完成相对复杂的动态座椅三个自由度，三个最丰富的类型的动态运动平台六个自由度。它们虽然都应用于的四维动感影院，但有着很大的区别。简单座单自由度，是动感影院座位的首次应用，它的机械结构和控制系统相对简单，相对较低的生产成本，只能上下移动，一个单一的操作只能采取两种观众这么快就被淘汰。三个自由度的四维动感座椅，它的模拟动作效果相对单自由度的较好，可以乘坐观众人数也偏少，运动模式还不够丰富。六个自由度的四维动感座椅有运动平台和静止平台，它承载观众的方式是在运动平台的上面放置并固定许多的普通舒适座椅，而座椅能够根据电影情节，模仿做出相关的动作特效，是借助于整个大的平台的运动带动它上面上的座椅一起运动而实现的，运动平台的面积相对比较大，可以搭载四个、六个或者九个座椅。这种四维座椅动作类型最多，控制系统和传动系统与并联机构平台的类似，六个自由度的四维动感座椅是未来电影院座椅的主流配置。因此本位研究六自由度四维座椅的人机设计。2.2四维座椅运动平台机构设计方法和设计原则目前在四维座椅运动平台综合设计方面没有成型的标准，对其进行系统的设计仍具有挑战性，尽管有许多学者研究并联机构和设计方法的性能评估，但问题一直没有一个完美的解决方案，它一直没能找到理论和每个尺寸的方法和各种性能并联机构之间的关系进行了全面，系统的了解。一般来说，目前国内和国际收养更多的席位三维运动平台设计基于指标的工作区设计为最终目标的标准，同时也考虑到平台，姿势，运动精度，刚度和结构的位置可以实现，比如其它因素。虽然并联机构的综合设计方面理论和方法仍然欠缺，但是近年来随着计算机技术和数字仿真技术的发展，设计理念和方法也发生了巨大的改变。尤其是复杂的难以进行精确的理论建模的系统设计，完全可以建立实体模型进行数字仿真设计，并可以对仿真设计的模型进行运动学和动力学分析，模型更换很简便，设计周期短、设计风险小。本文的设计过程采取了这种方法，先初步确定驱动元件和机构综合尺寸等设计要素，根据初选的结果首先建立三维数字模型，然后利用仿真软件进行综合分析，如果不满足要求则更换数字模型再进行分析，直到仿真结果满足设计要求为止，并根据仿真结果来最终确定机构的具体指标。针对四维座椅运动平台在微米 纳米领域中应用为目标，四维座椅运动平台的设计有其特殊性，因此机构设计应满足下列要求：1) 四维座椅运动平台的支撑或导轨副应无摩擦或低摩擦和无间隙，保证运动的协调性。2) 四维座椅运动平台应具有较高的运动稳定性。3) 四维座椅运动平台应具有限定的运动速度，以确保观众的舒适性。2.3 四维座椅运动平台构型设计配置主要是为了解决两个基本问题，第一个问题是给定机构的自由，运动的数量应确定其副手，类型和元件数量;第二个问题是，根据在给定的条件，以确定该机制的所有相关参数杆结构和运动参数，诸如的相对位置的相关组件的组件，例如运动，并迫使这些参数的转换会直接之间的长度和角对机构的影响。在本文中，采用压电陶瓷作为驱动元件，其主要特点是直线运动输出，而且质量小(仅为28g)，惯量低，出力大，非常适合六自由度 构型，目前研究的典型六自由度 型并联结构有如图2-2 所示几种，其上下平台的形状呈三角形或对称六边形。运动副有转动副、移动副、三自由度的球铰等。图2-1 典型四维座椅运动平台结构图（a）是用于六自由度平台机构，运动平台和固定平台是六角形的，并且6移动副作为输入标准，这种机制也被称为Stewart平台，近年来，作为一个大的刚度，高的尺寸精密运动平台的座位机制，吸引了众多研究者的兴趣。如果球形和球面副副取代上部和下部平台，可以演变成一个运动平台和固定平台是六个自由度组织三角形的，如图中的（b），或变成单一三角机构，（c）在运动分析的不是一个简单的示意图条款（a）所示显示机构;但在实际的制造复合材料的铰链是非常困难的，因此，（a）组织类型是更实际，本文也采用了这种结构。2.4铰链的设计人们在经过对各类型的铰链试验探索后，发现了柔性铰链和虎克铰链。本文采用分体式虎克铰，它是一种虎克铰，解决了现有技术中所存在的工艺性差、传动精度低以及结构尺寸较大、质量重、成本高的问题。分体式虎克铰，它包括上叉形铰链座、下叉形铰链座和十字轴，该铰链具有结构简单紧凑，无间隙，外形小，成本低，负载能力强，传动精度高的优点。铰链的结构如图2-2所示。图2-2 虎克铰链三维图2.5四维座椅运动平台参数的设计在选定了驱动元件、运动副结构之后，杠杆变化量、杆长、和平台上下的半径、铰链点的空间分布等对相关联组织工作空间平台的影响很大，因此需要合理的选择这些参数。2.5.1上下平台半径的设计上下平台铰链点外接圆半径的比例对工作空间存在一定的影响，如果假设固定下平台铰链点半径，开始随着上平台铰链点的半径的增加，机器人工作空间逐渐变大，当上下平台半径的比例达到0.7 后，即使上平台半径继续增加，但工作空间基本没有变化，当上下平台半径比例增加到1.2以后，工作空间会随着上平台半径的增加反而减小，单对于微动定位调整更加有利。考虑到尽量使上平台质量尽可能小，降低上平台惯量，在本设计中上下平台比例选择了1.2，实际尺寸为上平台半径为900mm，下平台半径为750mm。2.5.2 铰链点分布角的设计当增加上下平台短边夹角时，工作空间逐渐变大，但是在上平台半径比较小时，改变上平台短边夹角对工作空间没有多大影响，在本文中，选择了上平台铰点分布夹角为30，下平台铰点分布夹角为90，这样上下平台的铰链点位置全部确定，六自由度四维座椅运动平台结构如图2-3所示。图2-3 六自由度四维座椅运动平台三维图3.四维座椅运动平台的受力分析3.1四维座椅运动平台的受力分析四维座椅机构平台是力与位移高度耦合、高度非线性，采用铰链连接运动副，运动性能和力学性能展现了平台的基础功能。当六自由度四维座椅运动平台结构的位形一定时，如图3-1(a)，六条支链的长度分别为l1，l2，l3，l4，l5，l6确定，此结构的上平台由六个支链与底座相连接，每条支链的两端为两个柔性球铰。当6 个支链长度不变时，变成一个稳固的结构。假设忽视支链上的其它作用力，作用有6 维力矢在上平台上，并施加相应的反作用力在6 个支链上，那么这些反作用力的方向将会是沿支链的。基于这种情况，本文采用建立螺旋理论数学模型。想到上平台的平稳，当用力旋量来作为6 个轴力时，6 个支链的力螺旋力之和应与上平台的6 维力相等价，如图3-1(b)。由此可列出螺旋方程为：a) 并联机构图 b) 平台受力分析图图3-1 并联机构图及上平台受力分析图3.2四维座椅运动驱动受力分析图3-2 第i 支链压电陶瓷连杆的受力简图第i 支链液压杆的受力图如图3-2 所示。bi是动平台与铰链连接的第个i个点，Bi是基座与铰链连接的第i个点。压电陶瓷连杆除了受在杆方向上的作用力fbi 和fBi外，也承受着柔性球铰变形导致的力矩Mbi和MBi，其所得方程为：3.3四维座椅运动平台的刚度分析静刚度性能是并联机构设计时需要考虑的主要因素，刚度将影响整个机构的动态特性和在负载情况下的运动稳定性。由于四维座椅运动平台采用铰链作为运动副，因此在讨论刚度时，液压杆和平台(上平台)认为是刚性的平台在外载荷作用下的位移和扭转是由铰链相对运动引起的。座椅四维运动平台的刚度定义：没有驱动装置的前提下，四维运动平台座机械本体，并联平台反映了外部静态刚度负载平台，广义微位移引起的信函，由刚度矩阵来表示，所以有：式中 F 平台外载荷矢量；Sp平台广义微位移矢量。 当液压杆杆长不变化时，只考虑第其轴线方向上的受力。4.四维座椅的人机工程设计座椅舒适度是的观看舒适度的设计非常重要，同时也保护了电影的一部分观众的看法的安全。旨在提供座位四维可视人员安全，舒适，不易疲劳的视觉体验。电影技术的飞速发展和人们对观看电影各方面舒适性要求的提高，对四维座椅的要求也在不断提高。本文基于人们对四维座椅的舒适性要求，对座椅的人机工程设计进行了详细的介绍。4.1座椅设计的基本原则四维座椅设计是一个非常复杂的工程，它包括了机械，化学，涂装，热处理工艺，美学，力学，人机工程学等多个学科，设计时应按照座椅舒适的人体工程学，振动，安全性等合理安排座位，此外，还需要考虑生理特性尺寸，尽量满足大多数人的要求，以提高座椅舒适程度。1) 安全第一的设计，绝对保证电影观众的安全，这需要座位具有足够的强度，在电影情节的运动座椅四维模拟，不会造成伤害乘员的身体，并且可以有一定的防护作用。2) 乘坐舒适座椅的设计必须允许乘客保持良好态势，这自然弯曲脊椎，以确保身体压力的合理分布，使其肌肉松弛剂，上身血管导致压迫，正常的血液循环大腿;依靠冰腰椎感，腰背部及侧杆和感觉稳定感。有效振动隔离或衰减运动座椅模拟制作的电影情节，对于大多数乘客坐在舒适度的要求。4.2四维座椅主要部件主要成分包括坐垫座位，靠背，骨架皮肤，阻尼重组机构，根据设计原则是：所述座椅靠背和主体的形状和曲线应放松背部和臀部曲线的曲线重合的状态，能够支持到腰椎，不是因为血液循环不良引起的麻木，疲劳不容易需要很长的时间;骨架和所有的机构应能满足强度（安全性）的要求和规定，通过在座椅的前部和后部向上和向下，靠背有限调节的倾斜角，如上下前面的位置和后排头枕，使大部分人在舒适的状态下。4.2.1靠背靠背被设计主要是指设计和设计的强度，设计时应使靠背的高度，形状的字符集的身体曲线，从而使背部肌肉处于松弛状态，并给予后肩支持有效和可靠的，所以使人保持稳定的姿态，但也具有足够的背支撑，从而避免了横向滑动速度转弯。设计，靠背的高度和宽度大致为600mm和480毫米。不同靠背倾斜将导致不同的负载椎间盘压力和背部肌肉。当靠背倾斜度比110o盘压力显著降低，因此设计应在座椅靠背倾角考虑。此外，腰部支撑和扶手也可以减少对椎间盘的压力。设计中，腰部支撑件具有一定厚度的硬度和透气性，确保了乘员的重量可以在坐骨结节的区域中均匀地分布。腰部支撑的位置应该在第三至第五腰椎，和支持约5厘米适当的厚度。腰部支撑子的机械支持和空中支援。机械支撑是通过机械装置，以支持对人体，支撑件是刚性的，舒适性差。气球用空气支撑支撑身体，通过该气囊控制阀瘪球囊填补，使腰部得到良好的保护，有效的支持。腰部支撑气囊一般采用0.40.8mm厚的聚氨酯板通过高频焊接，具有工艺简单，成本低，耐磨性好，耐老化，使用寿命长。目前，中国已经制定了新的一种新的空中腰部支撑装置，可在订单定期在脖子上给予和频率，肩，腰等的安全气囊充气，放气，使用常规泄了气的气球或通货膨胀，实现对回，肩，颈和挤出的其他部分，以局部按摩的目的。很好的提高了座椅的舒适度。扶手处于高电平座位坐肘的高度，通常安装在250毫米的距离，当安装位置应与身体的大小相一致。有固定的扶手，角度可调和可逆的，有可翻转的横向和垂直翻转翻转。4.2.2坐垫坐垫和靠垫设计主要是为了确定倾斜。在充分利用靠背的情况下坐垫设计原则深度。臀部合理的支持。人体在对号入座，坐骨脚和小腿形成稳定车身的支持。坐垫过大，导致相对向前的躯干，腰得到很好的支持，引起疲劳;缓冲过小，也不会由于大腿支撑良好，感觉不舒服：因此，程度应该是臀部到全长设计的表面的大腿垫3/4，并且通常400480毫米。坐垫倾角应考虑到安全性和舒适性，通为2o10o。4.2.3座椅蒙皮座椅皮肤被包裹在一个层中的座椅组件的表面材料制成的，它是在与观众的直接接触，一方面在座椅泡沫具有在同一时间可以是直接保护作用反映了设计人员的设计意图。座椅蒙皮必须阻燃，保证安全。4.2.4泡沫软垫目前垫，背垫基本上软垫的软质聚氨酯泡沫塑料的发泡，在汽车应用中更是高弹性软质聚氨酯泡沫。考虑到该座椅本体的舒适性和身体姿势时的压力分布，需要密度泡沫衬垫设计为不同，分别是“软硬兼施主要生产方法是两种，一种接合方法，前座和大腿联系具有低硬度的泡沫的一部分，在与坐骨由中等硬度的泡沫接触的部分，下部部分和高硬度的泡沫的两侧上。这种方法是复杂和低效的过程，通常很少使用。其次，在插入方法，浇注垫时，放置在相应的部分高密度泡沫插入物的模具中，然后围绕所述低密度泡沫铸造。这种方法可以解决体压分布和侧向支撑的问题，并处理适合于大批量生产。4.2.5座椅骨架座椅框架应该需要够承担一定的负荷，座椅的强度通常是指到座椅骨架的强度。靠背和座椅骨架的形状，应该能够满足人体的生理特性，为使用者提供安全有效的目的而设计的支持。例如：为了避免由于靠背侧支撑核心软复位或失败在急转弯时的侧靠背框架。对焊接凸起的支撑板或支撑筋两侧，泡沫芯支撑垫，确保有效的支持。为了确保观众的腰，肩上有很好的支持，设计符合在靠背框架上背部曲线弧度。高回使腰部，背部和肩部同时紧贴靠背，更好地发挥支持和安全保护功能，设计师把回两部分，和角度可以分别调整。座椅框架一般由型钢焊接而成，这是到座椅骨架细化的关键，骨架材料也不同，座架的热塑性塑料的成型，座架是广泛的应用中。4.2.6减振机构座椅悬架机构主要由弹性元件和阻尼元件。一般是指在空气袋的机械悬挂座椅弹簧的弹性元件，空气悬挂式座椅。它可以使座椅靠背的恢复力的初始位置。阻尼元件一般是指减振器的设计，它具有固有的阻尼，阻尼值越大，更大的阻尼力。座椅的振动，振动力振动系统，座椅的弹性元件回到初始位置，对振动衰减的阻尼力。在座椅设计，必须优化设计的座椅刚度，阻尼。在座椅的刚度和阻尼的设计，依据人类生理特性的最优值的综合选择考虑车辆的振动特性，使机体振动衰减。为了使座椅阻尼和刚度的设计更为合理的搭配，工程师们一般将座椅的刚度和阻尼可调。4.2.7人机座椅三维图设计人机座椅的的三维图如图4-1所示。图4-1 人机座椅的三维图5 四维座椅运动仿真四维座椅建建模设计完成后，安装到座椅运动平台上，可以利用Solidworks软件完成六自由度四维座椅的运动仿真，图5-1所示为四维座椅的初始状态的外观图，为了看图方便，把平台侧围板设置为隐藏状态。图5-2所示为四维座椅上升运动状态，图5-13所示为四维座椅旋转运动状态，图5