并聯(lián)六自由度運動平臺

1、并聯(lián)六自由度運動平臺1.概述并聯(lián)六自由度運動平臺通過六個驅(qū)動缸（伺服缸或電動缸）的協(xié)調(diào)伸縮來實現(xiàn)平臺在空間六個自由度的運動，即平臺沿X、V、Z向的平移和繞X、V、Z軸的旋轉(zhuǎn)運動（包括垂直、水平、橫向、俯仰、側(cè)傾和旋轉(zhuǎn)六個自由度的運動），以及這些自由度的復合運動。并聯(lián)六自由度運動平臺可用于機器人、飛行模擬器、車輛駕駛模擬器、新型加工機床、及衛(wèi)星、導彈等飛行器、娛樂業(yè)的運動模擬（動感電影搖擺臺）、多自由度振動搖擺臺的精確運動仿真圖0-1：六自由度及其坐標系定義圖我公司通過自行設計、安裝調(diào)試，并開發(fā)控制軟件，同時采用進口關(guān)鍵件對并聯(lián)六自由度運動平臺進行研究開發(fā)，目前已完成多套六自由度運動平臺應用，典

2、型應用有列車風檔液壓仿真試驗臺、F1國際賽車運動仿真臺、汽車駕駛模擬器、飛機和飛碟運動模擬器、振動譜試驗、海浪模擬試驗等。六自由度運動平臺的研制，涉及機械、液壓、電氣、控制、計算機、傳感器，空間運動數(shù)學模型、實時信號傳輸處理、圖形顯示、動態(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)六自由度運動平臺主要由機械系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件四部分組成。機械系統(tǒng)主要包括：承載平臺、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)動器、伺服油缸和閥塊管路。控制系統(tǒng)硬件主要包括：實時處理器、伺服控制單元、信號調(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：實時信號處理單元、實時運算單元、伺服控制和特殊要求處理單元。2.2電動伺服類電動式并聯(lián)六自由度運動平臺則將伺服油缸用電動缸代替,管路等則相應取消，增加運動控制單元。具有系統(tǒng)簡潔、響應速度快等優(yōu)點，方向。而伺服閥、泵站系統(tǒng)及閥塊是多自由度平臺今后重點發(fā)展的3.主要技術(shù)參數(shù)以下參數(shù)為液壓類平臺典型值，具體可按用戶要求設計制造。3.1平臺主要參數(shù)平臺最大負載：靜態(tài)上平臺球較分布園直徑下平臺球較分布園直徑2000KG,動態(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,最大長度120

4、0mm；（采用63/45400缸體）。平臺初始高度約700mm。3.2泵站技術(shù)指標額定流量：90L/min最大系統(tǒng)壓力：12Mpa；泵站電機功率：22KW;空間尺寸：1400X1200X13203.3運動參數(shù)運動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伺服缸運動速度200mm/S;有效行程400mm。主要運動參數(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電動伺服平臺電動伺服平臺省去了泵站系統(tǒng)及伺服閥、伺服油缸，而直接用電動缸

5、、伺服電機和相應的伺服放大器代替。電動缸：電動缸可根據(jù)用戶要求選用進口（Exlar系列）或國產(chǎn)產(chǎn)品（由本公司自行研發(fā)生產(chǎn)，采用進口滾珠絲杠成套）。伺服電機：伺服電機可選用三菱、安川、松下、臺達等產(chǎn)品。伺服放大器：采用與伺服電機品牌對應的伺服放大器。4.平臺控制系統(tǒng)4. 1伺服運動控制器平臺控制系統(tǒng)由伺服運動控制器、控制計算機、其配電操作柜等組成。伺服運動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)的設置和顯示。伺服運動控制器是六自由度平臺控制系統(tǒng)的核心，它是一種高性能閉環(huán)實時控制器，集成了高速模擬量采集、高速浮點處理器、高速DA端口，是針對Stewart平臺應用的專用控制器。伺

6、服運動控制器包括相對獨立的六組控制回路，對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)控計算機，可以進行運動函數(shù)編程，與運動控制器接口，完成各種命令和參數(shù)設定。2）所有輸入輸出均具有硬件保護電路，具有故障定位和凍結(jié)能力。3）控制器在即使在復雜控制條件下，仍能保證閉環(huán)控制周期小于10ms。4）控制器具有保護算法，當超出模擬臺運動范圍的指令給出時會發(fā)出報警信號并進行運動限制。5）控制器能自動判斷識別非法命令，避免設備誤動作。6）實現(xiàn)泵站的基本起停控制，狀態(tài)監(jiān)視。4.

7、3數(shù)據(jù)接口:伺服運動控制器可以通過ModbusTCP協(xié)議與用戶控制操作計算機連接，控制器提供上位機應用函數(shù)接口，便于第三方應用軟件連接。伺服運動控制器可以通過RS232/485與具有串行通訊能力的設備進行通訊，通訊協(xié)議為ModbusRTU或自行定義的自由協(xié)議。5.主要應用示例5. 1列車風檔液壓仿真試驗臺模擬運動，同列車運動仿真測試系統(tǒng)實現(xiàn)對列車各種工況下的運動軌跡進行計算仿真、時對列車產(chǎn)品如折棚式風檔等進行產(chǎn)品性能測試。圖0-2列車風檔液壓仿真試驗臺現(xiàn)場實景圖并聯(lián)六自由度運動平臺系統(tǒng)能夠根據(jù)給定的列車軌跡參數(shù)，計算出列車運動軌跡及其他相關(guān)參數(shù)。列車軌跡計算主要參數(shù)如下：a） S曲線半徑Rb）

8、 S曲線直線段長度Wc）平臺正三角形邊長Ad）列車長度Le）列車輪距Nf）連桿長度Pg）連桿絞點至輪軸距Mh）列車速度v圖0-3列車風檔液壓彳真試驗臺HMI界面試驗臺能夠仿真如下運動軌跡：a）含直線段S曲線水平運動b）園曲線水平運動c）切園曲線水平運動d）含直線段S曲線垂直運動e）園曲線垂直運動f）切園曲線垂直運動g）翻轉(zhuǎn)運動h）混合運動5. 2F1賽車運動仿真臺F1賽車運動仿真臺用于上海F1國際賽車場，操作者可以坐到仿真平臺上，平臺前方放置一液晶顯示屏，顯示賽車動畫場景，操作者可以通過操縱桿進行起動、加速、左右拐、側(cè)滑、剎車、顛簸行使等動作，同時仿真臺根據(jù)這些動作進行動態(tài)模擬，讓操作者親身體

9、驗賽車動感。圖0-4F1賽車運動仿真臺現(xiàn)場實景圖F1賽車運動仿真臺為六自由度運動平臺的開發(fā)應用，主要由計算機操作動畫系統(tǒng)、六缸液壓伺服運動系統(tǒng)和實時控制系統(tǒng)組成。計算機操作動畫系統(tǒng)采用高性能服務器主機與34”液晶顯示屏，動態(tài)模擬賽車場景。六缸液壓伺服運動系統(tǒng)采用進口比例伺服閥控制，頻響時間小于20ms,液壓缸內(nèi)置高精度位移傳感器。另單獨配有提供動力的泵站單元。實時控制系統(tǒng)根據(jù)計算機系統(tǒng)的動作指令信號動態(tài)運算并調(diào)節(jié)控制液壓缸動作，實現(xiàn)與動畫場景動作同步。5. 3特種機車駕駛模擬器特種機車駕駛模擬器主要由六自由度平臺、實物駕駛室、模型小車、地貌沙盤、視景影像系統(tǒng)等組成。實現(xiàn)了特種機車駕駛視覺、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、座椅等均采用實車部件。方向盤力矩按實車模擬，力求在操縱上有實車感覺。圖0-5特種機車駕駛模擬器現(xiàn)場實景圖模型小車按照實物駕駛室內(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，同時將地貌狀況傳輸給影像虛擬場景系統(tǒng)，模型小車實際空間坐標參數(shù)（中心點空間位置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)計算并仿真出模型小車實際動感狀態(tài)。5. 4海浪模擬器六自