大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺的開發(fā)設(shè)計(jì)【六自由度并聯(lián)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)平臺機(jī)構(gòu)】

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" 度（ 、 、 、、 ）的運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間 時(shí)解算，然后將解算結(jié)果送到 個(gè)單缸控制器，經(jīng)數(shù) 運(yùn)動(dòng)平臺，筆者認(rèn)為，六自由度運(yùn)動(dòng)平臺是液壓及控制 壓力，實(shí)踐證明，這種方法是可行有效的。 參考文獻(xiàn)： 結(jié)論 ［ 在對壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷與故障現(xiàn)象進(jìn)行 分析的基礎(chǔ)上，對壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了工業(yè)自動(dòng)化 " I 萬方數(shù)據(jù) """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 大 型 數(shù)字 式 六 自 由 度 運(yùn) 動(dòng) 平 臺 的 開 發(fā) 楊世祥 ，楊 濤 ，徐悅桐 #$% &%’%()*+%,- ). -$% &/0/-1( 2/34 &56 2-%718- 9(1-.)8+ :1,0 2$/43/1,0 :1,0 #1) ;< :<%4-),0 （! = 北京億美博科技有限公司，北京菜戶營東街甲 >> 號鵬 潤 ? 文苑 @ 座 "ABC !BBBDE 電話：B!B）CFFF!ACC） 中圖分類號：#9"GF 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：@ 文章編號：!BBB4E>D> "BBF B>4BBEC4B"（ ） ! 概述 " 傳統(tǒng)的伺服液壓控制六自由度運(yùn)動(dòng)平臺 六自由度運(yùn)動(dòng)平臺，由于有極為廣闊的應(yīng)用前景， 到目前為止，世界上所有國家和研制單位，大型平 近幾年，引起了國內(nèi)外科研、院校廣泛的研究興趣。六 臺都無一例外地采用了液壓伺服控制系統(tǒng)。國內(nèi)以幾 自由度運(yùn)動(dòng)平臺是由 C 只液壓缸，上、下各 C 只萬向鉸 所名牌大學(xué)的研究水平較高，其控制原理基本相同，六 鏈和上、下 " 個(gè)平臺組成。下平臺固定在基礎(chǔ)上，借助 自由度平臺單缸控制框圖如圖 ! 所示。 C 只液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成上平臺在空間 C 個(gè)自由 從圖中可看出，主控計(jì)算機(jī)是完成空間狀態(tài)的實(shí) !" # 運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，可廣泛應(yīng)用到各種訓(xùn)練模擬器，如飛行模擬 模轉(zhuǎn)換后送給伺服放大器、伺服閥、伺服缸推動(dòng)平臺運(yùn) 器、艦艇模擬器、海軍直升機(jī)起降模擬平臺、坦克模擬 動(dòng)。伺服缸的位移和壓力通過 " 只傳感器并經(jīng)模 H 數(shù) 器、汽車駕駛模擬器、火車駕駛模擬器、地震模擬器，以 轉(zhuǎn)換后送給計(jì)算機(jī)，完成閉環(huán)控制。該伺服系統(tǒng)最大 及動(dòng)感電影、娛樂設(shè)備等領(lǐng)域，甚至可用到空間宇宙飛 的難點(diǎn)是傳遞環(huán)節(jié)多、控制過于復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、可靠 船的對接，空中加油機(jī)的加油對接中。在加工業(yè)可制 性差、伺服閥抗干擾、抗污染能力弱、故障率高，因而國 成六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、靈巧機(jī)器人等。由于六自由度運(yùn)動(dòng) 內(nèi)盡管許多單位進(jìn)行了研制，但大面積推廣的卻始終 平臺的研制涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、計(jì)算機(jī)、傳感 不多。 器，空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、實(shí)時(shí)信號傳輸處理、圖形顯示、 # 六自由度平臺控制的空間狀態(tài)解算 動(dòng)態(tài)仿真等一系列高科技領(lǐng)域，因而六自由度運(yùn)動(dòng)平 （!）順解（順向解）：即己知 C 只液壓缸的長度，求 臺的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領(lǐng) 解平臺姿態(tài)，到目前為止，還沒有直接中的 正解方程 域中水平的標(biāo)志性象征。國外某大型液壓公司的總部 式，只能采用疊代方法，利用計(jì)算機(jī)快速運(yùn)算的特點(diǎn)和 大廳里，向客人展示水平的第一個(gè)標(biāo)志就是六自由度 "BBF4BD4"E 技術(shù)領(lǐng)域的皇冠級產(chǎn) 品，掌握了它，在液壓和控 制領(lǐng) 作者簡介 ：楊世祥（!AF>—），男，重 慶人，教授級 高工，主要 從 域，基本上就沒有了難題。以下介紹它的開發(fā)過程。 事數(shù)字液壓技術(shù)的開發(fā)研究和推廣應(yīng)用工作。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 開啟壓力；二是降低系統(tǒng)的 壓力并減小系統(tǒng) 的流量。 試中出現(xiàn)的問題和故障，通過系統(tǒng)與元件的原理分析， 由于充液閥的預(yù)卸荷閥很小，改造的余地不大，所以選 找出了發(fā)生故障的原因，并加以解決，實(shí)踐證明改造是 擇第二種方案。為了降低系統(tǒng)的壓力，在充液閥的控 很成功的。 制油路中安裝了一個(gè)節(jié)流閥，通過調(diào)整節(jié)流閥來降低 !AA>I 改造，降低了能耗并縮短了工作周期。而且，還針對調(diào) 除［K］I液壓與氣動(dòng)，"BB" G（ ）I !::" 年第 ( 期 液壓與氣動(dòng) ’> """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 圖 平臺單缸控制方框圖 圖 $ 實(shí)際平臺 萬方數(shù)據(jù) ! 上鉸鏈的結(jié)構(gòu)條件約束來逼近求解平臺姿態(tài)。此為順 解。 （!）反解（逆向解）：描述一個(gè)剛體在空間旋轉(zhuǎn)的 姿勢，最常使用的方法是定義 " 個(gè)歐拉角來表達(dá)，當(dāng)剛 體旋轉(zhuǎn)至某一姿勢下，此 " 個(gè)歐拉角即組成唯一的旋 轉(zhuǎn)矩陣，并借由旋轉(zhuǎn)矩陣做坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，便可求得剛體的 絕對位置。 " 六自由度的速度協(xié)聯(lián)控制 當(dāng)給定空間狀態(tài)后，可以分別算出 # 只缸的不同 長度，為了讓平臺上的液壓缸在同一時(shí)間運(yùn)動(dòng)到新的 位置，# 只缸的運(yùn)動(dòng)速度是不相同的，這個(gè)問題的解決 有兩種方法：一是采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)聯(lián)控制器，該控制器需 將液壓缸的運(yùn)動(dòng)長度數(shù)值送入，控制器能按所要求的 時(shí)間，自動(dòng)分配 # 只缸的運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)；第 二種方法是自己編制運(yùn)動(dòng)速度方程，采用長度的最小 公倍數(shù)方法分配速度，也可達(dá)到同樣目的。 # 六自由度平臺的全數(shù)字控制 為了攻克六自由度運(yùn)動(dòng)平臺的應(yīng)用難關(guān)，北京億 美博科技有限公司采用了自行開發(fā)的性能先進(jìn)、操作 可靠的新型數(shù)字液壓缸（已納入“十五”攻關(guān)和國家重 點(diǎn)新產(chǎn)品項(xiàng)目），作為 # 只控制缸。該數(shù)字缸取消了傳 統(tǒng)控制中的伺服閥、傳感器、$ % & 轉(zhuǎn)換和 & % $ 轉(zhuǎn)換等 諸多環(huán)節(jié)，它是將傳感器、數(shù)字閥等全部做到液壓缸內(nèi) 部，形成自動(dòng)位置反饋和速度反饋。數(shù)字缸可以直接 接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字脈沖信號進(jìn)行可靠的工作。脈 沖頻率代表數(shù)字缸運(yùn)動(dòng)速度，脈沖總數(shù)代表數(shù)字缸運(yùn) 動(dòng)行程，一一對應(yīng)，將復(fù)雜的閉環(huán)控制變成了簡單的開 環(huán)控制。我們與某軍事院校合作，聯(lián)合開發(fā)了載重量 ’ 噸和 ( 噸的數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺，它的控制框 圖和實(shí)際平臺圖照片見圖 )* 和圖 !。 比較圖 )+ 和圖 )* 可知，控制原理大大簡化，不但 系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，而且故障率也大為降低，可靠性得 ! ! 以提高。整個(gè)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺無任何液壓控制元件 和傳感器，系統(tǒng)構(gòu)成十分簡單。平臺運(yùn)動(dòng)的錄像可在 ,,,- +./.0.1- 12/ % 345 網(wǎng)站觀看。它的性能指標(biāo)如表 ) 所示。 表 ! 性能指標(biāo) 自由度 位移（聯(lián)合運(yùn)動(dòng)） 位移（單自由度） 速度 加速度 6 "7 8.9 6 ": 8.9 6 !: 8.9% 3 6 "7: 8.9 % 3 6 ’: 8.9 6 "7 8.9 6 !’ 8.9% 3 6 )’: 8.9 % 3 升降 6 :- #: / 6 : - #: / 6 : - ’: / % 3 ; ) - :! 橫向移動(dòng) 6 : - 7 / 6 : - ’ / 6 : - "# / % 3 ; : - #! 縱向擺動(dòng) 6 : - # / 6 : - ’ / 6 : - "# / % 3 ; : - #! % 數(shù)字液壓技術(shù)在其他領(lǐng)域的成功應(yīng)用 數(shù)字液壓技術(shù)的出現(xiàn) 為液壓技術(shù)增 添了新的活 力，數(shù)字液壓缸與專門配套研制的數(shù)字控制器相配合， 幾乎取消了傳統(tǒng)液壓控制中的所有液壓閥件和控制元 件，它拋棄了傳統(tǒng)的閥口控制，而是直接采用數(shù)字脈沖 控制，把現(xiàn)場調(diào)試搬到了辦 公室，幾乎做 到了即裝即 用，已經(jīng)成功地應(yīng)用到冶金、機(jī)械、水電、國防軍工等一 系列疑難控制領(lǐng)域，其可控性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的液壓 控制技術(shù)，成功應(yīng)用的實(shí)例有：冶金領(lǐng)域中的鋼水連鑄 結(jié)晶器液面控制、結(jié)晶器液壓非正弦振動(dòng)（均列入過國 家攻關(guān)項(xiàng)目），帶鋼厚度控制（微米級精度）；水電領(lǐng)域 中的水輪機(jī)調(diào)速控制；機(jī)械領(lǐng)域的大型無齒鋸多點(diǎn)速 度控制和位置控制；軍工領(lǐng)域的大型導(dǎo)彈裝彈機(jī)構(gòu)的 多缸同步控制（任意多缸同步誤差可達(dá) :<)= ）、軍艦 舵機(jī)控制、減搖稽控制；模擬器領(lǐng)域的六自由度平臺控 制等一系列疑難控制，均取得了十分理想的效果。 & 結(jié)論 用數(shù)字技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例技術(shù)和伺服技術(shù)，用 在六自由度平臺和其他許多系統(tǒng)上，都取得了很好的 結(jié)果，數(shù)字技術(shù)具有簡單、可靠、方便、實(shí)用等一系列優(yōu) 點(diǎn)，特別適合惡劣的工作環(huán)境。 ! 刊名： 大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺的開發(fā) 作者： 楊世祥， 楊濤， 徐悅桐 作者單位： 北京億美博科技有限公司,北京菜戶營東街甲88號鵬潤-文苑B座2906,100054 液壓與氣動(dòng) 英文刊名： CHINESE HYDRAULICS & PNEUMATICS 年，卷(期)： 2003(8) 被引用次數(shù)： 5次 本文讀者也讀過(7條) 1. 姜文剛.尚婕.李建華.鄧志良.汪電明.Jiang Wengang.Shang Jie.Li Jianhua.Deng Zhiliang.Wang Dianming 三自由 度動(dòng)感電影系統(tǒng)研制[期刊論文]-電氣自動(dòng)化2006,28(1) 2. 汪漢生 六自由度平臺設(shè)計(jì)及控制方法研究[學(xué)位論文]2008 3. 李峰 自行車仿真器中力反饋技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[學(xué)位論文]2007 4. 許世林 動(dòng)感環(huán)幕電影控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[學(xué)位論文]2004 5. 甘紅勝.殷躍紅.劉偉偉.印松 虛擬環(huán)境中六維動(dòng)感平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[期刊論文]-機(jī)電工程2003,20(4) 6. 高峰 六自由度運(yùn)動(dòng)平臺伺服系統(tǒng)研究[學(xué)位論文]2004 7. 張代義 艦船運(yùn)動(dòng)模擬器技術(shù)研究[學(xué)位論文]2005 引證文獻(xiàn)(5條) 1.肖志權(quán).邢繼峰.彭利坤.朱石堅(jiān) 數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)現(xiàn)象分析[期刊論文]-機(jī)床與液壓 2006(8) 2.袁鴻.盛英.蘇勛家.仇原鷹 電液伺服Stewart平臺激振系統(tǒng)仿真研究[期刊論文]-機(jī)床與液壓 2009(2) 3.林礪宗.潘大亨.傅招國.倪小鵬 基于ADAMS的六自由度液壓動(dòng)感平臺建模及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[期刊論文]-機(jī)床與液壓 2012(13) 4.楊啟志.莊佳奇.尹小琴.謝俊.朱小兵.訾鵬飛 一種三自由度全柔性并聯(lián)微動(dòng)激振臺的設(shè)計(jì)[期刊論文]-機(jī)械設(shè)計(jì)與研究 2011(4) 5.郭宏偉 三自由度重型搖擺試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)與研究[學(xué)位論文]碩士 2005 本文鏈接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_yyyqd200308020.aspx