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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(fù)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(dǎo)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(biāo)系定義圖 我公司通過自行設(shè)計、安裝調(diào)試，并開發(fā)控制軟件，同時采用進(jìn)口關(guān)鍵件對并聯(lián)六自由度運動平臺進(jìn)行研究開發(fā)，目前已

2、完成多套六自由度運動平臺應(yīng)用，典型應(yīng)用有列車風(fēng)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(xué)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

3、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、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(yīng)取消，增 加運動控制單元。具有系統(tǒng)簡潔、響應(yīng)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(shè)計制造。 3.1平臺主要參數(shù) 平臺最大負(fù)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

4、。 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1200mm；（采用①63/45~400缸體）。平臺初始高度約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； 泵站電機功率：22KW; 空間尺寸：1400X1200X1320 3.3運動參數(shù) 運動型式 位移 速度 加速度 俯仰 土16° ±20°/s ±30°/s2 滾轉(zhuǎn) 土16° ±20°/s ±30°/s2 偏航 土16° ±20°/s ±30°/s2 伺服缸運動速度>2

5、00mm/S;有效行程》400mm。 主要運動參數(shù)如下表： 垂直升降 +200mm ±200mm/s ±4m/s2 縱向位移 ±150mm 士150mm/s 士2m/s2 側(cè)向位移 ±150mm 士150mm/s 士2m/s2 3. 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、伺服電

6、機和相應(yīng) 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(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：伺服電機可選用三菱、安川、松下、臺達(dá)等產(chǎn)品。 伺服放大器：采用與伺服電機品牌對應(yīng)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(shè)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S

7、tewart平臺應(yīng)用的專用控制器。 伺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(jìn)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(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)超出模擬臺運動范圍的指令給出時會發(fā)出報警信號并進(jìn)行運動限制。 5）控制器能自動判斷識

8、別非法命令，避免設(shè)備誤動作。 6）實現(xiàn)泵站的基本起?？刂?，狀態(tài)監(jiān)視。 4. 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(yīng)用函數(shù)接口，便于第三方應(yīng)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(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(jìn)行計算仿真、 時對列車產(chǎn)品如折棚式風(fēng)檔等進(jìn)行產(chǎn)品性能測試。 圖0-2列車風(fēng)檔液壓仿真試驗臺現(xiàn)場實景圖 并聯(lián)六

9、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R b） S曲線直線段長度W c）平臺正三角形邊長A d）列車長度L e）列車輪距N f）連桿長度P g）連桿絞點至輪軸距M h）列車速度v 圖0-3列車風(fēng)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

10、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(jìn)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(jìn)行動態(tài)模擬，讓操作者親身體驗賽 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(yīng)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(wù)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(jìn)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

11、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(biāo)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 六自由度平臺可以模擬海浪動作，以驗證艦艇、船舶等在實際航行時的各項參數(shù)指標(biāo)。 圖0-6海浪模擬器現(xiàn)場實景圖 5. 5飛機和飛碟模擬器 飛機和飛碟模擬器主要應(yīng)用于娛樂行業(yè)，如科技館、游樂場等。可以模擬飛行器的空中 各種飛行姿態(tài)，輔以空間魔幻場景，給人一種身臨其境的美感。 圖0-7飛機模擬現(xiàn)場實景圖  圖0-8飛碟模擬現(xiàn)場實景圖