6D動(dòng)感平臺(tái)

在航空航天、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域有很多承受復(fù)雜交變載荷的重要結(jié)構(gòu)件，為保證設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，需要在結(jié)構(gòu)件裝配工作之前進(jìn)行多自由度加載疲勞測(cè)試。六自由度加載平臺(tái)的任務(wù)便是來(lái)模擬試件運(yùn)行過(guò)程中的受力環(huán)境，對(duì)保證試件運(yùn)行的安全、穩(wěn)定性有非常重要的作用。本設(shè)計(jì)對(duì)基于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的加載平臺(tái)進(jìn)行了研究。

本文首先介紹了六自由度加載平臺(tái)基本原理與結(jié)構(gòu)組成，對(duì)六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和位姿正解/逆解的推導(dǎo)。然后使用 Matlab 和 Autodesk Inventor 建立了六自由度加載平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了單自由度、多自由度運(yùn)動(dòng)情況下位姿逆解、位置式 PID 控制、位姿迭代求正解和工作空間求解等。

之后，根據(jù)設(shè)計(jì)需求對(duì)機(jī)電系統(tǒng)（電機(jī)、伸縮桿、力傳感器等部件）、控制系統(tǒng)（上位機(jī)控制系統(tǒng)、下位機(jī)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)）進(jìn)行了機(jī)電元器件選型，完成了基于STM32的六自由度加載平臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件、軟件和界面（GUI）設(shè)計(jì)，六維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)哪家好，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)與Matlab平臺(tái)控制與通信、力傳感器信號(hào)調(diào)理與采集、伺服電機(jī)數(shù)據(jù)采集與閉環(huán)控制、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)與預(yù)警等功能。

本設(shè)計(jì)綜合了機(jī)械建模、數(shù)學(xué)建模、運(yùn)動(dòng)、Simulink 、電路設(shè)計(jì)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)對(duì)六自由度加載平臺(tái)進(jìn)行了研究，完成了六自由度加載平臺(tái)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試準(zhǔn)備，為今后的六自由度加載平臺(tái)實(shí)物調(diào)試奠定了一定基礎(chǔ)。

6D動(dòng)感平臺(tái)市場(chǎng)前景

目前，六維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，在“六自由度”這個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成的項(xiàng)目有，拳擊、馬拉松和自行車(chē)。雪橇、雪車(chē)、越野滑雪、冬季兩項(xiàng)、高山回轉(zhuǎn)和激流回旋等這些項(xiàng)目的“六自由度”技術(shù)，眼下處于正在開(kāi)發(fā)的狀態(tài)。

“六自由度”運(yùn)動(dòng)平臺(tái)涉及到機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)軟件等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，此前多應(yīng)用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證，飛行員培訓(xùn)等領(lǐng)域，現(xiàn)在與奧運(yùn)項(xiàng)目的結(jié)合，也正是響應(yīng)了體育總局提出“科技助力奧運(yùn)”的號(hào)召。

可以肯定的是，能夠模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的“六自由度”，在未來(lái)將會(huì)有著極為廣闊的市場(chǎng)前景。

6D動(dòng)感平臺(tái)如何定義

物體在空間具有六個(gè)自由度，即沿x、y、z三個(gè)直角坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)自由度和繞三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。因此，要完全確定物體的位置，就必須清楚這六個(gè)自由度。任何一個(gè)沒(méi)有受約束的物體，在空間均具有6個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)。

六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是由六支作動(dòng)筒，六維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)，上、下各六只萬(wàn)向鉸鏈和上、下兩個(gè)平臺(tái)組成，六維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)費(fèi)用，下平臺(tái)固定在基礎(chǔ)上，借助六支作動(dòng)筒的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成上平臺(tái)在空間六個(gè)自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間運(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器、艦艇模擬器、直升機(jī)起降模擬平臺(tái)、坦克模擬器、汽車(chē)駕駛模擬器、火車(chē)駕駛模擬器、模擬器以及動(dòng)感電影、娛樂(lè)設(shè)備等領(lǐng)域，甚至可用到空間宇宙飛船的對(duì)接，空中加油機(jī)的加油對(duì)接中。在加工業(yè)可制成六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、靈巧機(jī)器人等。

由于六自由度運(yùn)動(dòng)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)等等一系列高科技領(lǐng)域，因而六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領(lǐng)域水平的標(biāo)志性象征。

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