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大 型 數(shù) 字 式 六 自 由 度 運(yùn) 動(dòng) 平 臺(tái) 的 開 發(fā) 楊 世 祥 ! ， 楊 濤 ! ， 徐 悅 桐 " #$% < :> 號(hào) 鵬 潤 ? 文 苑 @ 座 "ABC !BBBDE 電 話 ：（ B!B） CFFF!ACC） 中 圖 分 類 號(hào) ： #9"GF 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 ： @ 文 章 編 號(hào) ： !BBB4E>D>（ "BBF） B>4BBEC4B" ! 概 述 六 自 由 度 運(yùn) 動(dòng) 平 臺(tái) ， 由 于 有 極 為 廣 闊 的 應(yīng) 用 前 景 ， 近 幾 年 ， 引 起 了 國 內(nèi) 外 科 研 、 院 校 廣 泛 的 研 究 興 趣 。 六 自 由 度 運(yùn) 動(dòng) 平 臺(tái) 是 由 C 只 液 壓 缸 ， 上 、 下 各 C 只 萬 向 鉸 鏈 和 上 、 下 " 個(gè) 平 臺(tái) 組 成 。 下 平 臺(tái) 固 定 在 基 礎(chǔ) 上 ， 借 助 C 只 液 壓 缸 的 伸 縮 運(yùn) 動(dòng) ， 完 成 上 平 臺(tái) 在 空 間 C 個(gè) 自 由 度 （ !、 "、 # ! 、 " 、 # ） 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 、 海 軍 直 升 機(jī) 起 降 模 擬 平 臺(tái) 、 坦 克 模 擬 器 、 汽 車 駕 駛 模 擬 器 、 火 車 駕 駛 模 擬 器 、 地 震 模 擬 器 ， 以 及 動(dòng) 感 電 影 、 娛 樂 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) 仿 真 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 中 水 平 的 標(biāo) 志 性 象 征 。 國 外 某 大 型 液 壓 公 司 的 總 部 大 廳 里 ， 向 客 人 展 示 水 平 的 第 一 個(gè) 標(biāo) 志 就 是 六 自 由 度 運(yùn) 動(dòng) 平 臺(tái) ， 筆 者 認(rèn) 為 ， 六 自 由 度 運(yùn) 動(dòng) 平 臺(tái) 是 液 壓 及 控 制 技 術(shù) 領(lǐng) 域 的 皇 冠 級(jí) 產(chǎn) 品 ， 掌 握 了 它 ， 在 液 壓 和 控 制 領(lǐng) 域 ， 基 本 上 就 沒 有 了 難 題 。 以 下 介 紹 它 的 開 發(fā) 過 程 。 " 傳 統(tǒng) 的 伺 服 液 壓 控 制 六 自 由 度 運(yùn) 動(dòng) 平 臺(tái) 到 目 前 為 止 ， 世 界 上 所 有 國 家 和 研 制 單 位 ， 大 型 平 臺(tái) 都 無 一 例 外 地 采 用 了 液 壓 伺 服 控 制 系 統(tǒng) 。 國 內(nèi) 以 幾 所 名 牌 大 學(xué) 的 研 究 水 平 較 高 ， 其 控 制 原 理 基 本 相 同 ， 六 自 由 度 平 臺(tái) 單 缸 控 制 框 圖 如 圖 ! 所 示 。 從 圖 中 可 看 出 ， 主 控 計(jì) 算 機(jī) 是 完 成 空 間 狀 態(tài) 的 實(shí) 時(shí) 解 算 ， 然 后 將 解 算 結(jié) 果 送 到 C 個(gè) 單 缸 控 制 器 ， 經(jīng) 數(shù) H 模 轉(zhuǎn) 換 后 送 給 伺 服 放 大 器 、 伺 服 閥 、 伺 服 缸 推 動(dòng) 平 臺(tái) 運(yùn) 動(dòng) 。 伺 服 缸 的 位 移 和 壓 力 通 過 " 只 傳 感 器 并 經(jīng) 模 H數(shù) 轉(zhuǎn) 換 后 送 給 計(jì) 算 機(jī) ， 完 成 閉 環(huán) 控 制 。 該 伺 服 系 統(tǒng) 最 大 的 難 點(diǎn) 是 傳 遞 環(huán) 節(jié) 多 、 控 制 過 于 復(fù) 雜 、 調(diào) 試 困 難 、 可 靠 性 差 、 伺 服 閥 抗 干 擾 、 抗 污 染 能 力 弱 、 故 障 率 高 ， 因 而 國 內(nèi) 盡 管 許 多 單 位 進(jìn) 行 了 研 制 ， 但 大 面 積 推 廣 的 卻 始 終 不 多 。 # 六 自 由 度 平 臺(tái) 控 制 的 空 間 狀 態(tài) 解 算 （ !） 順 解 （ 順 向 解 ） ： 即 己 知 C 只 液 壓 缸 的 長 度 ， 求 解 平 臺(tái) 姿 態(tài) ， 到 目 前 為 止 ， 還 沒 有 直 接 中 的 正 解 方 程 式 ， 只 能 采 用 疊 代 方 法 ， 利 用 計(jì) 算 機(jī) 快 速 運(yùn) 算 的 特 點(diǎn) 和 收 稿 日 期 ： "BBF4BD4"E 作 者 簡 介 ： 楊 世 祥 （ !AF>— ） ， 男 ， 重 慶 人 ， 教 授 級(jí) 高 工 ， 主 要 從 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 事 數(shù) 字 液 壓 技 術(shù) 的 開 發(fā) 研 究 和 推 廣 應(yīng) 用 工 作 。 開 啟 壓 力 ； 二 是 降 低 系 統(tǒng) 的 壓 力 并 減 小 系 統(tǒng) 的 流 量 。 由 于 充 液 閥 的 預(yù) 卸 荷 閥 很 小 ， 改 造 的 余 地 不 大 ， 所 以 選 擇 第 二 種 方 案 。 為 了 降 低 系 統(tǒng) 的 壓 力 ， 在 充 液 閥 的 控 制 油 路 中 安 裝 了 一 個(gè) 節(jié) 流 閥 ， 通 過 調(diào) 整 節(jié) 流 閥 來 降 低 壓 力 ， 實(shí) 踐 證 明 ， 這 種 方 法 是 可 行 有 效 的 。 $ 結(jié) 論 在 對(duì) 壓 裝 機(jī) 液 壓 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 缺 陷 與 故 障 現(xiàn) 象 進(jìn) 行 分 析 的 基 礎(chǔ) 上 ， 對(duì) 壓 裝 機(jī) 液 壓 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 了 工 業(yè) 自 動(dòng) 化 改 造 ， 降 低 了 能 耗 并 縮 短 了 工 作 周 期 。 而 且 ， 還 針 對(duì) 調(diào) 試 中 出 現(xiàn) 的 問 題 和 故 障 ， 通 過 系 統(tǒng) 與 元 件 的 原 理 分 析 ， 找 出 了 發(fā) 生 故 障 的 原 因 ， 并 加 以 解 決 ， 實(shí) 踐 證 明 改 造 是 很 成 功 的 。 參 考 文 獻(xiàn) ： ［ !］ 雷 天 覺 I新 編 液 壓 工 程 手 冊 ［ J］ I北 京 ： 北 京 理 工 大 學(xué) 出 版 社 ， !AA>I ［ "］ 張 齊 生 ， 王 智 勇 ， 等 I充 液 閥 水 平 安 裝 時(shí) 的 故 障 分 析 及 排 除 ［ K］ I液 壓 與 氣 動(dòng) ， "BB"（ G） I """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" CE 液 壓 與 氣 動(dòng) "BBF 年 第 > 期 萬方數(shù)據(jù) 圖 ! 平 臺(tái) 單 缸 控 制 方 框 圖 上 鉸 鏈 的 結(jié) 構(gòu) 條 件 約 束 來 逼 近 求 解 平 臺(tái) 姿 態(tài) 。 此 為 順 解 。 （ !） 反 解 （ 逆 向 解 ） ： 描 述 一 個(gè) 剛 體 在 空 間 旋 轉(zhuǎn) 的 姿 勢 ， 最 常 使 用 的 方 法 是 定 義 " 個(gè) 歐 拉 角 來 表 達(dá) ， 當(dāng) 剛 體 旋 轉(zhuǎn) 至 某 一 姿 勢 下 ， 此 " 個(gè) 歐 拉 角 即 組 成 唯 一 的 旋 轉(zhuǎn) 矩 陣 ， 并 借 由 旋 轉(zhuǎn) 矩 陣 做 坐 標(biāo) 轉(zhuǎn) 換 ， 便 可 求 得 剛 體 的 絕 對(duì) 位 置 。 " 六 自 由 度 的 速 度 協(xié) 聯(lián) 控 制 當(dāng) 給 定 空 間 狀 態(tài) 后 ， 可 以 分 別 算 出 # 只 缸 的 不 同 長 度 ， 為 了 讓 平 臺(tái) 上 的 液 壓 缸 在 同 一 時(shí) 間 運(yùn) 動(dòng) 到 新 的 位 置 ， # 只 缸 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 是 不 相 同 的 ， 這 個(gè) 問 題 的 解 決 有 兩 種 方 法 ： 一 是 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) 的 協(xié) 聯(lián) 控 制 器 ， 該 控 制 器 需 將 液 壓 缸 的 運(yùn) 動(dòng) 長 度 數(shù) 值 送 入 ， 控 制 器 能 按 所 要 求 的 時(shí) 間 ， 自 動(dòng) 分 配 # 只 缸 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 ， 同 時(shí) 到 達(dá) 終 點(diǎn) ； 第 二 種 方 法 是 自 己 編 制 運(yùn) 動(dòng) 速 度 方 程 ， 采 用 長 度 的 最 小 公 倍 數(shù) 方 法 分 配 速 度 ， 也 可 達(dá) 到 同 樣 目 的 。 # 六 自 由 度 平 臺(tái) 的 全 數(shù) 字 控 制 為 了 攻 克 六 自 由 度 運(yùn) 動(dòng) 平 臺(tái) 的 應(yīng) 用 難 關(guān) ， 北 京 億 美 博 科 技 有 限 公 司 采 用 了 自 行 開 發(fā) 的 性 能 先 進(jìn) 、 操 作 可 靠 的 新 型 數(shù) 字 液 壓 缸 （ 已 納 入 “ 十 五 ” 攻 關(guān) 和 國 家 重 點(diǎn) 新 產(chǎn) 品 項(xiàng) 目 ） ， 作 為 # 只 控 制 缸 。 該 數(shù) 字 缸 取 消 了 傳 統(tǒng) 控 制 中 的 伺 服 閥 、 傳 感 器 、 $% )-:! 橫 向 移 動(dòng) 6 :-7 / 6 :-’ / 6 :-"# /% 3 ; :-#! 縱 向 擺 動(dòng) 6 :-# / 6 :-’ / 6 :-"# /% 3 ; :-#! % 數(shù) 字 液 壓 技 術(shù) 在 其 他 領(lǐng) 域 的 成 功 應(yīng) 用 數(shù) 字 液 壓 技 術(shù) 的 出 現(xiàn) 為 液 壓 技 術(shù) 增 添 了 新 的 活 力 ， 數(shù) 字 液 壓 缸 與 專 門 配 套 研 制 的 數(shù) 字 控 制 器 相 配 合 ， 幾 乎 取 消 了 傳 統(tǒng) 液 壓 控 制 中 的 所 有 液 壓 閥 件 和 控 制 元 件 ， 它 拋 棄 了 傳 統(tǒng) 的 閥 口 控 制 ， 而 是 直 接 采 用 數(shù) 字 脈 沖 控 制 ， 把 現(xiàn) 場 調(diào) 試 搬 到 了 辦 公 室 ， 幾 乎 做 到 了 即 裝 即 用 ， 已 經(jīng) 成 功 地 應(yīng) 用 到 冶 金 、 機(jī) 械 、 水 電 、 國 防 軍 工 等 一 系 列 疑 難 控 制 領(lǐng) 域 ， 其 可 控 性 能 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 超 過 傳 統(tǒng) 的 液 壓 控 制 技 術(shù) ， 成 功 應(yīng) 用 的 實(shí) 例 有 ： 冶 金 領(lǐng) 域 中 的 鋼 水 連 鑄 結(jié) 晶 器 液 面 控 制 、 結(jié) 晶 器 液 壓 非 正 弦 振 動(dòng) （ 均 列 入 過 國 家 攻 關(guān) 項(xiàng) 目 ） ， 帶 鋼 厚 度 控 制 （ 微 米 級(jí) 精 度 ） ； 水 電 領(lǐng) 域 中 的 水 輪 機(jī) 調(diào) 速 控 制 ； 機(jī) 械 領(lǐng) 域 的 大 型 無 齒 鋸 多 點(diǎn) 速 度 控 制 和 位 置 控 制 ； 軍 工 領(lǐng) 域 的 大 型 導(dǎo) 彈 裝 彈 機(jī) 構(gòu) 的 多 缸 同 步 控 制 （ 任 意 多 缸 同 步 誤 差 可 達(dá) :’!::" 年 第 ( 期 液 壓 與 氣 動(dòng) 萬方數(shù)據(jù) 大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的開發(fā) 作者： 楊世祥， 楊濤， 徐悅桐 作者單位： 北京億美博科技有限公司,北京菜戶營東街甲88號(hào)鵬潤-文苑B座2906,100054 刊名： 液壓與氣動(dòng) 英文刊名： CHINESE HYDRAULICS & PNEUMATICS 年，卷(期)： 2003(8) 被引用次數(shù)： 5次 本文讀者也讀過(7條) 1. 姜文剛.尚婕.李建華.鄧志良.汪電明.Jiang Wengang.Shang Jie.Li Jianhua.Deng Zhiliang.Wang Dianming 三自由 度動(dòng)感電影系統(tǒng)研制[期刊論文]-電氣自動(dòng)化2006,28(1) 2. 汪漢生 六自由度平臺(tái)設(shè)計(jì)及控制方法研究[學(xué)位論文]2008 3. 李峰 自行車仿真器中力反饋技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[學(xué)位論文]2007 4. 許世林 動(dòng)感環(huán)幕電影控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[學(xué)位論文]2004 5. 甘紅勝.殷躍紅.劉偉偉.印松 虛擬環(huán)境中六維動(dòng)感平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[期刊論文]-機(jī)電工程2003,20(4) 6. 高峰 六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服系統(tǒng)研究[學(xué)位論文]2004 7. 張代義 艦船運(yùn)動(dòng)模擬器技術(shù)研究[學(xué)位論文]2005 引證文獻(xiàn)(5條) 1.肖志權(quán).邢繼峰.彭利坤.朱石堅(jiān) 數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)現(xiàn)象分析[期刊論文]-機(jī)床與液壓 2006(8) 2.袁鴻.盛英.蘇勛家.仇原鷹 電液伺服Stewart平臺(tái)激振系統(tǒng)仿真研究[期刊論文]-機(jī)床與液壓 2009(2) 3.林礪宗.潘大亨.傅招國.倪小鵬 基于ADAMS的六自由度液壓動(dòng)感平臺(tái)建模及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[期刊論文]-機(jī)床與液壓 2012(13) 4.楊啟志.莊佳奇.尹小琴.謝俊.朱小兵.訾鵬飛 一種三自由度全柔性并聯(lián)微動(dòng)激振臺(tái)的設(shè)計(jì)[期刊論文]-機(jī)械設(shè)計(jì)與研究 2011(4) 5.郭宏偉 三自由度重型搖擺試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究[學(xué)位論文]碩士 2005 本文鏈接：