并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

1、并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1.概述并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過六個(gè)驅(qū)動(dòng)缸（伺服缸或電動(dòng)缸）的協(xié)調(diào)伸縮來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在空間六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，即平臺(tái)沿X、V、Z向的平移和繞X、V、Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（包括垂直、水平、橫向、俯仰、側(cè)傾和旋轉(zhuǎn)六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)），以及這些自由度的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可用于機(jī)器人、飛行模擬器、車輛駕駛模擬器、新型加工機(jī)床、及衛(wèi)星、導(dǎo)彈等飛行器、娛樂業(yè)的運(yùn)動(dòng)模擬（動(dòng)感電影搖擺臺(tái)）、多自由度振動(dòng)搖擺臺(tái)的精確運(yùn)動(dòng)仿真圖0-1：六自由度及其坐標(biāo)系定義圖我公司通過自行設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試，并開發(fā)控制軟件，同時(shí)采用進(jìn)口關(guān)鍵件對(duì)并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行研究開發(fā)，目前已完成多套六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用，典

2、型應(yīng)用有列車風(fēng)檔液壓仿真試驗(yàn)臺(tái)、F1國際賽車運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)、汽車駕駛模擬器、飛機(jī)和飛碟運(yùn)動(dòng)模擬器、振動(dòng)譜試驗(yàn)、海浪模擬試驗(yàn)等。六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研制，涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器，空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸處理、圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真等一系列高科技領(lǐng)域，是液壓及控制技術(shù)領(lǐng)域的頂級(jí)產(chǎn)品。2. 系統(tǒng)組成2.1 液壓伺服類液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)硬件和控制典型的液壓式并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)主要由機(jī)械系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件四部分組成。機(jī)械系統(tǒng)主要包括：承載平臺(tái)、上下連接較鏈、固定座。液壓系統(tǒng)主要包括：泵站系統(tǒng)、伺服閥、驅(qū)動(dòng)器、伺服油缸和閥塊管路?？刂葡到y(tǒng)硬件主要包括：實(shí)時(shí)處理器、伺服控制單元、信號(hào)調(diào)理單元、

3、監(jiān)控單元和泵站控制單元。控制系統(tǒng)軟件包括：實(shí)時(shí)信號(hào)處理單元、實(shí)時(shí)運(yùn)算單元、伺服控制和特殊要求處理單元。2.2電動(dòng)伺服類電動(dòng)式并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)則將伺服油缸用電動(dòng)缸代替,管路等則相應(yīng)取消，增加運(yùn)動(dòng)控制單元。具有系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，方向。而伺服閥、泵站系統(tǒng)及閥塊是多自由度平臺(tái)今后重點(diǎn)發(fā)展的3.主要技術(shù)參數(shù)以下參數(shù)為液壓類平臺(tái)典型值，具體可按用戶要求設(shè)計(jì)制造。3.1平臺(tái)主要參數(shù)平臺(tái)最大負(fù)載：靜態(tài)上平臺(tái)球較分布園直徑下平臺(tái)球較分布園直徑2000KG,動(dòng)態(tài)封3000KG。1400mm,相鄰球心距離157mm；1600mm,相鄰球心距離167mm；伺服缸最小球餃球心距離800mm,最大長(zhǎng)度120

4、0mm；（采用63/45400缸體）。平臺(tái)初始高度約700mm。3.2泵站技術(shù)指標(biāo)額定流量：90L/min最大系統(tǒng)壓力：12Mpa；泵站電機(jī)功率：22KW;空間尺寸：1400X1200X13203.3運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)動(dòng)型式位移速度加速度俯仰土1620/s30/s2滾轉(zhuǎn)土1620/s30/s2偏航土1620/s30/s2伺服缸運(yùn)動(dòng)速度200mm/S;有效行程400mm。主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)如下表：垂直升降+200mm200mm/s4m/s2縱向位移150mm士150mm/s士2m/s2側(cè)向位移150mm士150mm/s士2m/s23. 4電動(dòng)伺服平臺(tái)電動(dòng)伺服平臺(tái)省去了泵站系統(tǒng)及伺服閥、伺服油缸，而直接用電動(dòng)缸

5、、伺服電機(jī)和相應(yīng)的伺服放大器代替。電動(dòng)缸：電動(dòng)缸可根據(jù)用戶要求選用進(jìn)口（Exlar系列）或國產(chǎn)產(chǎn)品（由本公司自行研發(fā)生產(chǎn)，采用進(jìn)口滾珠絲杠成套）。伺服電機(jī)：伺服電機(jī)可選用三菱、安川、松下、臺(tái)達(dá)等產(chǎn)品。伺服放大器：采用與伺服電機(jī)品牌對(duì)應(yīng)的伺服放大器。4.平臺(tái)控制系統(tǒng)4. 1伺服運(yùn)動(dòng)控制器平臺(tái)控制系統(tǒng)由伺服運(yùn)動(dòng)控制器、控制計(jì)算機(jī)、其配電操作柜等組成。伺服運(yùn)動(dòng)控制器安裝在配電操作柜內(nèi)部，操作柜另配置觸屏便于一些基本參數(shù)的設(shè)置和顯示。伺服運(yùn)動(dòng)控制器是六自由度平臺(tái)控制系統(tǒng)的核心，它是一種高性能閉環(huán)實(shí)時(shí)控制器，集成了高速模擬量采集、高速浮點(diǎn)處理器、高速DA端口，是針對(duì)Stewart平臺(tái)應(yīng)用的專用控制器。伺

6、服運(yùn)動(dòng)控制器包括相對(duì)獨(dú)立的六組控制回路，對(duì)于每組回路由位置控制環(huán)組成，它和線性位移傳感器、伺服比例閥和伺服缸構(gòu)成快速高精度數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而使單伺服缸控制穩(wěn)態(tài)誤差小于0.1毫米。4. 2控制系統(tǒng)主要功能：1）操作監(jiān)控計(jì)算機(jī)，可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)函數(shù)編程，與運(yùn)動(dòng)控制器接口，完成各種命令和參數(shù)設(shè)定。2）所有輸入輸出均具有硬件保護(hù)電路，具有故障定位和凍結(jié)能力。3）控制器在即使在復(fù)雜控制條件下，仍能保證閉環(huán)控制周期小于10ms。4）控制器具有保護(hù)算法，當(dāng)超出模擬臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍的指令給出時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)限制。5）控制器能自動(dòng)判斷識(shí)別非法命令，避免設(shè)備誤動(dòng)作。6）實(shí)現(xiàn)泵站的基本起?？刂?，狀態(tài)監(jiān)視。4.

7、3數(shù)據(jù)接口:伺服運(yùn)動(dòng)控制器可以通過ModbusTCP協(xié)議與用戶控制操作計(jì)算機(jī)連接，控制器提供上位機(jī)應(yīng)用函數(shù)接口，便于第三方應(yīng)用軟件連接。伺服運(yùn)動(dòng)控制器可以通過RS232/485與具有串行通訊能力的設(shè)備進(jìn)行通訊，通訊協(xié)議為ModbusRTU或自行定義的自由協(xié)議。5.主要應(yīng)用示例5. 1列車風(fēng)檔液壓仿真試驗(yàn)臺(tái)模擬運(yùn)動(dòng)，同列車運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車各種工況下的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行計(jì)算仿真、時(shí)對(duì)列車產(chǎn)品如折棚式風(fēng)檔等進(jìn)行產(chǎn)品性能測(cè)試。圖0-2列車風(fēng)檔液壓仿真試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)能夠根據(jù)給定的列車軌跡參數(shù)，計(jì)算出列車運(yùn)動(dòng)軌跡及其他相關(guān)參數(shù)。列車軌跡計(jì)算主要參數(shù)如下：a） S曲線半徑Rb）

8、 S曲線直線段長(zhǎng)度Wc）平臺(tái)正三角形邊長(zhǎng)Ad）列車長(zhǎng)度Le）列車輪距Nf）連桿長(zhǎng)度Pg）連桿絞點(diǎn)至輪軸距Mh）列車速度v圖0-3列車風(fēng)檔液壓彳真試驗(yàn)臺(tái)HMI界面試驗(yàn)臺(tái)能夠仿真如下運(yùn)動(dòng)軌跡：a）含直線段S曲線水平運(yùn)動(dòng)b）園曲線水平運(yùn)動(dòng)c）切園曲線水平運(yùn)動(dòng)d）含直線段S曲線垂直運(yùn)動(dòng)e）園曲線垂直運(yùn)動(dòng)f）切園曲線垂直運(yùn)動(dòng)g）翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)h）混合運(yùn)動(dòng)5. 2F1賽車運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)F1賽車運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)用于上海F1國際賽車場(chǎng)，操作者可以坐到仿真平臺(tái)上，平臺(tái)前方放置一液晶顯示屏，顯示賽車動(dòng)畫場(chǎng)景，操作者可以通過操縱桿進(jìn)行起動(dòng)、加速、左右拐、側(cè)滑、剎車、顛簸行使等動(dòng)作，同時(shí)仿真臺(tái)根據(jù)這些動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，讓操作者親身體

9、驗(yàn)賽車動(dòng)感。圖0-4F1賽車運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖F1賽車運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)為六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的開發(fā)應(yīng)用，主要由計(jì)算機(jī)操作動(dòng)畫系統(tǒng)、六缸液壓伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)組成。計(jì)算機(jī)操作動(dòng)畫系統(tǒng)采用高性能服務(wù)器主機(jī)與34”液晶顯示屏，動(dòng)態(tài)模擬賽車場(chǎng)景。六缸液壓伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用進(jìn)口比例伺服閥控制，頻響時(shí)間小于20ms,液壓缸內(nèi)置高精度位移傳感器。另單獨(dú)配有提供動(dòng)力的泵站單元。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)作指令信號(hào)動(dòng)態(tài)運(yùn)算并調(diào)節(jié)控制液壓缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)與動(dòng)畫場(chǎng)景動(dòng)作同步。5. 3特種機(jī)車駕駛模擬器特種機(jī)車駕駛模擬器主要由六自由度平臺(tái)、實(shí)物駕駛室、模型小車、地貌沙盤、視景影像系統(tǒng)等組成。實(shí)現(xiàn)了特種機(jī)車駕駛視覺、聽覺、操縱、環(huán)境、不同路況、不同氣候等的綜合模擬。實(shí)物駕駛室內(nèi)主要部件如檔位、方向盤、儀表板、座椅等均采用實(shí)車部件。方向盤力矩按實(shí)車模擬，力求在操縱上有實(shí)車感覺。圖0-5特種機(jī)車駕駛模擬器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖模型小車按照實(shí)物駕駛室內(nèi)發(fā)出的各種指令（加減速、左右轉(zhuǎn)向、剎車、顛簸等），在地貌沙盤上行駛，同時(shí)將地貌狀況傳輸給影像虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)，模型小車實(shí)際空間坐標(biāo)參數(shù)（中心點(diǎn)空間位置X,Y,Z及歐拉夾角a,3,丫）反饋給六自由度控制器，控制系統(tǒng)計(jì)算并仿真出模型小車實(shí)際動(dòng)感狀態(tài)。5. 4海浪模擬器六自