并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

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1、精品 -可編輯- 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(guò)六個(gè)驅(qū)動(dòng)缸 （伺服缸或電動(dòng)缸）的協(xié)調(diào)伸縮來(lái)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(chē)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(lè)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 TZ.l 圖0-1 :六自由度及其坐標(biāo)系定義圖 我公司通過(guò)自行設(shè)計(jì)、 安裝調(diào)試，并

2、開(kāi)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(kāi)發(fā)， 目前已完成多套六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用， 典型應(yīng)用有列車(chē)風(fēng)檔液 壓仿真試驗(yàn)臺(tái)、F1國(guó)際賽車(chē)運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)、汽車(chē)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(lèi) 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)、 液壓系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)硬件和控制 系統(tǒng)軟件四部分組成。 機(jī)械系統(tǒng)主

3、要包括：承載平臺(tái)、上下連接鉸鏈、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。 控制系統(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、 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(lèi) 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， 而伺服閥、 泵站系統(tǒng)及閥塊 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)， 是多自由度平臺(tái)今后重點(diǎn)發(fā)展的 方向。 3 ．主要技術(shù)參數(shù) 以下參數(shù)為液壓類(lèi)平臺(tái)典型值，具體可按用戶(hù)要求設(shè)計(jì)制造。

4、 3.1 平臺(tái)主要參數(shù) 平臺(tái)最大負(fù)載：靜態(tài)＞2000KG ,動(dòng)態(tài)＞3000KG 。 上平臺(tái)球較分布園直徑 1400mm ,相鄰球心距離157mm ; 下平臺(tái)球較分布園直徑 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1200mm ;（采用①63/45~400 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：1400 X1200 X1320 3.3運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伺服缸運(yùn)動(dòng)速度 ＞200mm/S ;有效行程》400mm 。

5、 主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)如下表： 運(yùn)動(dòng)型式 位移 速度 加速度 俯仰 16 20 7s 30 7s2 滾轉(zhuǎn) 16 20 7s 30 7s2 偏航 16 +20 7s 30 7s2 垂直升降 200mm 200mm/s 4m/s2 縱向位移 150mm 150mm/s 2m/s2 側(cè)向位移 150mm 150mm/s 2m/s2 3 ． 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、 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(hù)要求選用進(jìn)口（ Exlar 系列）或國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品（由本公司自

6、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) 5 ． 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(zhuān)用控 制器。 伺服運(yùn)動(dòng)控制器包括相對(duì)獨(dú)立的六組控制

7、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。 精品 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

8、動(dòng)作。 6) 實(shí)現(xiàn)泵站的基本起停控制，狀態(tài)監(jiān)視。 4 ． 3 數(shù)據(jù)接口： 伺服運(yùn)動(dòng)控制器可以通過(guò) Modbus TCP 協(xié)議與用戶(hù)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(guò) 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 Modbus RTU 或自行定義的自由協(xié)議。 5 ．主要應(yīng)用示例 5 ． 1 列車(chē)風(fēng)檔液壓仿真試驗(yàn)臺(tái) 列車(chē)運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)各種工況下的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行計(jì)算仿真、 模擬運(yùn)動(dòng)， 同 時(shí)對(duì)列車(chē)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(chē)風(fēng)檔液壓仿真試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖

9、 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(chē)軌跡參數(shù)，計(jì)算出列車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡及其他相關(guān)參數(shù)。 列車(chē)軌跡計(jì)算主要參數(shù)如下： a） S曲線半徑R b） S曲線直線段長(zhǎng)度 W c）平臺(tái)正三角形邊長(zhǎng) A d）列車(chē)長(zhǎng)度L e）列車(chē)輪距N f）連桿長(zhǎng)度P g）連桿絞點(diǎn)至輪軸距 M h）列車(chē)速度v 車(chē) 運(yùn) 動(dòng) 防 真 系 統(tǒng) 口 F 圖0-3列車(chē)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)

10、 h）混合運(yùn)動(dòng) 5. 2 F1賽車(chē)運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái) F1賽車(chē)運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)用于上海 F1國(guó)際賽車(chē)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(chē)動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景，操作者可以通過(guò)操縱桿進(jìn)行起動(dòng)、加速、左右拐、側(cè) 滑、剎車(chē)、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， 讓操作者親身體驗(yàn)賽 車(chē)動(dòng)感。 圖0-4 F1賽車(chē)運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖 F1賽車(chē)運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)為六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，主要由計(jì)算機(jī)操作動(dòng)畫(huà)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(huà)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(chē)場(chǎng)景。 六缸液壓伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用進(jìn)口比

11、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(huà)場(chǎng)景動(dòng)作同步。 5. 3特種機(jī)車(chē)駕駛模擬器 特種機(jī)車(chē)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(chē)、地貌沙盤(pán)、視景影 像系統(tǒng)等組成。實(shí)現(xiàn)了特種機(jī)車(chē)駕駛視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、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(pán)、儀表板、座椅等均采用實(shí)車(chē)部件。方向盤(pán)力矩 按實(shí)車(chē)模擬，力求在操縱上有實(shí)車(chē)感覺(jué)。 圖0-5特種機(jī)車(chē)駕駛模擬器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖 模型小車(chē)按照實(shí)物駕

12、駛室內(nèi)發(fā)出的各種指令（加減速、左右轉(zhuǎn)向、剎車(chē)、顛簸等） ，在 地貌沙盤(pán)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(chē)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(chē)實(shí)際動(dòng)感狀態(tài)。 5. 4海浪模擬器 六自由度平臺(tái)可以模擬海浪動(dòng)作，以驗(yàn)證艦艇、船舶等在實(shí)際航行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。 -可編輯- 圖0-6海浪模擬器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖 5. 5飛機(jī)和飛碟模擬器 飛機(jī)和飛碟模擬器主要應(yīng)用于娛樂(lè)行業(yè)， 如科技館、 各種飛行姿態(tài)，輔以空間魔幻場(chǎng)景，給人一種身臨其境的美感。 圖0-7飛機(jī)模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖 游樂(lè)場(chǎng)等?？梢阅M飛行器的空中 圖0-8飛碟模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖