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)，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)。

六自由度平臺(tái)特點(diǎn)

我公司具有多年從事重載電動(dòng)缸及伺服系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在產(chǎn)品整個(gè)制造過(guò)程中，作到精心設(shè)計(jì)、精心生產(chǎn)、精心調(diào)試，這就保證我公司的產(chǎn)品具有好的質(zhì)量，另外，多年累積的電動(dòng)缸成熟經(jīng)驗(yàn)支撐我公司大負(fù)載電驅(qū)動(dòng)六自由度平臺(tái)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)能力。

與市面上液壓六自由度平臺(tái)相比，我公司全電化六自由度平臺(tái)的主要優(yōu)點(diǎn)在于安全、可靠、環(huán)保且便于維護(hù)，有效的解決了液壓的“跑”“冒”“滴”“漏”導(dǎo)致六自由度平臺(tái)臟不易清潔維護(hù)的問(wèn)題和北方地區(qū)低溫環(huán)境下，液壓油凍油的問(wèn)題。

公司在多年模擬器及六自由度平臺(tái)技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)優(yōu)化，在大負(fù)載六自由度平臺(tái)的研究與制造取得重大專業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的快速處理和計(jì)算，運(yùn)動(dòng)時(shí)可以實(shí)時(shí)反映負(fù)載的姿態(tài)變化。高速率六軸伺服控制系統(tǒng)，動(dòng)作運(yùn)行系統(tǒng)，較以前的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有了很大的改善，使整機(jī)功能更加完善，操作界面更加簡(jiǎn)單明了；采用標(biāo)準(zhǔn)的接口和電纜，使現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試更加簡(jiǎn)單。

大負(fù)載：市場(chǎng)普遍負(fù)載為5噸，我廠至高可達(dá)100噸；

可靠性：正常使用，可安全無(wú)故障使用10年或10萬(wàn)次；

安全性：機(jī)械自鎖，安全可靠；

保障性：精密免維護(hù)，有專業(yè)售后團(tuán)隊(duì)；

環(huán)境適應(yīng)性：可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境；

性價(jià)比：質(zhì)量、民品價(jià)格。

動(dòng)感平臺(tái)簡(jiǎn)介

各主要部分簡(jiǎn)述如下：

本設(shè)備主要由以下部分組成：運(yùn)動(dòng)上平臺(tái)、下平臺(tái)(基座)、電動(dòng)缸及伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)、綜合控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

各自功能如下：

上平臺(tái)：是有效載荷的安裝基面，提供六自由度的搖擺運(yùn)動(dòng)。

下平臺(tái)：是六自由度搖擺臺(tái)的安裝基面，需要承受足夠大的沖擊力。

電動(dòng)缸及伺服電機(jī)：通過(guò)控制電動(dòng)缸活塞桿的行程，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)臺(tái)體的六自由度運(yùn)動(dòng)，共6套。

驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)：接收用戶控制指令，通過(guò)控制伺服電機(jī)的輸入，對(duì)伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，達(dá)到控制電動(dòng)缸活塞桿出速度和行程的目的，共6套。

綜合控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：硬件為用戶計(jì)算機(jī)，軟件為研制方配合開(kāi)發(fā);同時(shí)，它還對(duì)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，預(yù)防和處理系統(tǒng)的異常情況。