本文由Yuichi Shiga、Yutaka Tanaka、Hiroyuki Goto和Hiroshi Takeda共同撰写，分别来自日本法政大学（Hosei University）的工程与设计学院以及日本机械工业振兴协会（Japan Society for the Promotion of Machine Industry）的技术研究所。该研究于2011年发表在《International Journal of Automation Technology》期刊上，题为《Design of a Six Degree-of-Freedom Tripod Parallel Mechanism for Flight Simulators》（飞行模拟器的六自由度三脚架并联机构设计）。
飞行模拟器在现代航空训练和研究中扮演着重要角色，能够减少实际飞行中的训练活动，从而节省燃料、降低运营成本并减少噪音污染。随着全球航空市场的增长，尤其是亚太地区市场的扩大，对中短程喷气式飞机的需求显著增加。因此，开发适用于中短程飞机的飞行模拟器成为一项重要任务。传统的Stewart-Gough平台并联机构虽然广泛用于大型喷气式飞机的模拟器，但其工作空间有限、安装面积大且动态性能不足，难以满足中短程飞机的训练需求。为此，研究团队提出了一种新型的旋转式三脚架并联机构，旨在提供更大的工作空间和更小的安装面积。
本文提出了一种旋转式三脚架并联机构，该机构由三个在地面上旋转的支腿组成，每个支腿通过滑动和旋转运动实现六自由度（6-DOF）的运动平台。为了评估该机构的运动性能，研究团队开发了一个虚拟运动模拟器，通过重复计算分析其工作空间性能。具体研究流程如下：
机构设计与配置
该并联机构由三个固定长度的支腿和一个刚性平台组成，支腿通过滑动和旋转运动实现六自由度。与传统Stewart-Gough平台相比，该机构具有更大的工作空间和更简单的结构。研究团队设计了一个原型模型，并通过实验验证了其运动性能。
逆运动学分析
通过建立向量模型，研究团队推导了机构的逆运动学方程，分析了平台姿态与支腿末端位置之间的关系。通过几何约束条件，求解了支腿末端的位置，并开发了虚拟运动模拟器来验证这些计算。
虚拟运动模拟器开发
使用Mathematica软件开发的虚拟运动模拟器能够根据输入的平台姿态参数（x, y, z, ϕ, θ, ψ）计算支腿末端的位置，并生成机构的运动图形。该模拟器能够帮助研究人员设计和测试机构的运动性能。
工作空间性能分析
通过离散仿真系统，研究团队分析了机构的工作空间性能，包括平台的倾斜角度（ϕ, θ）和位移（x, y, z）。结果表明，该机构具有较大的倾斜角度范围和位移范围，尤其是在位移z较小时，倾斜角度范围更大。
与传统Stewart-Gough平台的比较
研究团队将旋转式三脚架并联机构与传统的Stewart-Gough平台进行了比较。结果表明，前者在工作空间和倾斜角度方面具有显著优势，且安装面积更小，适合用于中短程飞机的飞行模拟器。
研究结果表明，旋转式三脚架并联机构在运动范围、倾斜角度和安装面积方面均优于传统的Stewart-Gough平台。具体结论如下： - 该机构能够实现较大的倾斜角度（ϕ: -73°至+54°，θ: -56°至+56°），且位移范围较广。 - 与传统平台相比，该机构的工作空间更大，安装面积更小，适合用于中短程飞机的飞行模拟器。 - 虚拟运动模拟器的开发为机构的设计和性能分析提供了有效工具。
本文提出的旋转式三脚架并联机构为下一代飞行模拟器的开发提供了新的解决方案。其较大的工作空间和较小的安装面积使其特别适用于中短程飞机的训练需求。此外，虚拟运动模拟器的开发为并联机构的设计和优化提供了新的方法，具有重要的理论和应用价值。
研究团队还感谢了法政大学的学生Ryo Aizawa、Shohei Arai和Hitomi Kondo在实验设置和图表绘制方面的帮助。此外，该研究得到了法政大学先进运动模拟器研究所（HAMS）和日本竞轮协会的部分资助。
通过本文的研究，旋转式三脚架并联机构展示了其在飞行模拟器领域的巨大潜力，为未来的航空训练设备开发提供了新的方向。