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1、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
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
2、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)
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(yùn)動(dòng)平臺(tái)主要由機(jī)械系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件四部分組成。
機(jī)械系統(tǒng)主要包括：承載平臺(tái)、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(dòng)器、伺服油缸和閥塊
3、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,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)，方向。
而伺服閥、泵站系統(tǒng)及閥塊
是多自由度平臺(tái)今后重點(diǎn)發(fā)展的
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，具體可按用戶要求設(shè)計(jì)制造。
3.1平臺(tái)主要參數(shù)
平臺(tái)最大負(fù)載：靜態(tài)》上平臺(tái)球較分布園直徑下平臺(tái)球較分布園直徑
2000KG,動(dòng)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(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：1400X1200X1320
3.3運(yùn)動(dòng)參數(shù)
運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度>2
5、00mm/S;有效行程》400mm。
主要運(yùn)動(dòng)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(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
6、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)用戶要求選用進(jìn)口（Exlar系列）或國(guó)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(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)
4. 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)S
7、tewart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。
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)
8、別非法命令，避免設(shè)備誤動(dòng)作。
6）實(shí)現(xiàn)泵站的基本起?？刂疲瑺顟B(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)ModbusTCP協(xié)議與用戶控制操作計(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
ModbusRTU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)
模擬運(yùn)動(dòng)，同
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、
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
并聯(lián)六
9、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
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)
h）混合運(yùn)動(dòng)
5. 2F1賽車(chē)運(yùn)動(dòng)仿真臺(tái)
F1賽車(chē)運(yùn)
10、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0-4F1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
11、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)。
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、游樂(lè)場(chǎng)等?？梢阅M飛行器的空中
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
圖0-8飛碟模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖
并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)
