六自由度运动平台方案设计报告doc
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批准六自由度运动平台
方案设计
名称
内容摘要：
针对YYPT项目在原理样机出现的问题，对YYPT原理样机从结构设计、伺服系统等方面进行优化设计，以满足设计及使用要求。
主
YYPT 优化
题
词
更改单号更改日期更改人更改办法
更
改
栏
1概述
YYPT原理样机用原库房留存的345厂的直流电机作为动力源，直流驱动器及工控机作为控制系统元件，采用VB软件进行控制软件的编制，因设计及器件选型的原因，导致YYPT原理样机，在速度、精度、运动规律上等几个技术指标无法满足原规定的指标要求，现在此基础上进行优化方案的设计。
2 原理样机技术状态
2.1 原理样机方案
2.1.1 组成
原理样机采用工控机作为系统的控制单元，工控机内配有研华PCI1716和PCI1723作为A/D和D/A模拟量卡，驱动器采用AMC公司的型号为12A8的伺服驱动器，并配有直流可调电源其输出电流可达到150A，采用KH08XX（3）电动缸作为运动平台的六条支腿，电动缸上安装有电阻尺作为位置反馈器件，上平台与电动缸连接采用球笼联轴器，下平台与电动缸连接采用虎克铰链方式。具体产品组成表见表2.1。
序号产品名称型号厂家数量备注
1 电动缸KH08XX（3）西安方元明 6 安装345厂电机
2 电阻尺LTS-V1-375 上海徳测 6
3 驱动器50A8 AMC 6
3 A/D卡PCI1716 研华 1
4 D/A卡PCI1723 研华 1
5 工控机610H 研华 1
6 直流电源 1
2.1.2 结构方案
六自由度运动平台是由六条电动缸通过虎克铰链和球笼万向节联轴器将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条电动缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
图1 六自由度平台外形图
a ）球笼联轴器（如图2所示）
采用球笼铰链与上平面连接。球笼铰链结构简单、体积小、运转灵活、易于维护。
初选球笼铰链型号BJB （JB/T6139-1992），公称转矩Tn=2000N/m ，工作角度40度，外径D=68mm ，轴孔选用圆柱孔d=24mm ，总长度L1=148mm ，转动惯量为0.00008kg.m 2，重量5kg 。
球笼联轴器
电动缸
虎克铰链
上动平台
下静平台
图2 球笼联轴器
b）虎克铰链（如图3所示）
采用虎克铰链与下平面连接。万向节铰链传动效率高，允许两轴间的角位移大，适用于有大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可达35o~45o，噪音
小，对润滑要求不高，传递转矩大，而且使用可靠，因此获得广泛的应用。
下固定板的连接（如图4所示）
图4 电动缸齿轮盖
下固定板与电动缸用法兰连接。
初选深沟球轴承型号61808（GB/T276-1994），额定载荷Cr=5.1kN ，外径D=52mm ，轴承孔选用d=40mm ，宽B=7mm ，重量0.26kg 。
初选深沟球轴承型号61802（GB/T276-1994），额定载荷Cr=2.1kN ，外径D=24mm ，轴承孔选用d=15mm ，宽B=5mm ，重量0.005kg 。 上下结构（如图5所示） 上铰点分布圆的半径：Ra=432mm 下铰点分布圆的半径： Rb=625mm 上铰相邻铰之间的距离：da=105mm 下铰相邻铰之间的距离：db=120mm 零位时作动器的长度：
L2=777mm
c ）电动缸
图5
基于器部件复用的考虑，YYPT采用某项目3号电动作为运动平台动作执行终端，并可利用库存的六台DC24V直流有刷减速电机为之配套。
电动缸主要技术指标：
1）最大推拉力不小于6000N；
2）行走速度：18mm/s；
3）最大行程：370mm；
4）电动缸不自锁；
直流有刷减速电机技术指标：
1）电压范围：允许在20VDC~28VDC范围内工作；
2）额定电压：24VDC；
3）最大电流：在额定电压24VDC，额定负载12Nm条件下，电流≤40A。
4）最低转速：在额定电压24VDC，额定负载12Nm条件下，减速器输出转速不小于410rpm；
5）额定负载：减速电机额定负载转矩为12Nm；
6）工作方式：连续工作时间3min，间隙时间5min；
7）电气接口：接口方式采用航空插座，航空插座型号：XCE22F4K1D1，电机出线与插座接线关系为“﹢”接1号针脚，“-”接2号针脚。
2.1.3控制方案
控制软件采用位置反解算法，即通过平台的姿态反算六支电动缸的长度，通过PCI-1716接收电阻尺反馈的位置指令，根据计算出来的长度和反馈指令通过PCI-1723向驱动器发送模拟量速度指令，控制电动缸运动到指定长度。
2.2 原理样机技术参数
序号指标实际情况备注
1 载荷1T 未进行试验测试
2 平移速度10mm/s~15mm/s
3 旋转速度 1.5°/s
4 X，Y轴平移范围±300mm
5 Z轴平移范围±160mm
6 X，Y轴转动范围±20°
7 Z轴转动范围±30°
2.3 原理样机存在问题
1、超调问题：电动缸运行到位后超调现象比较严重，初步分析为电机特性较差引起的，但不排除算法及PID参数存在问题；
2、台体结构晃动：当电动缸处于停止运动后，上台面人为晃动存在时，存在较大晃动量，初步分析原因为上平台使用的球笼联轴器间隙过大造成的。
3 优化方案
针对原理样机中出现的问题，在尽量少修改原理样机结构的基础上对其进行优化，使其性能得到提高，并能完成六自由度的摇摆及联动等动作。
3.1 伺服系统优化
针对原电机超调现象严重的现状，选择带反馈的伺服电机，使其和配套伺服驱动器构成小闭环，以降低上位控制软件的控制算法的难度。按照现有结构允许的安装空间只能选择外径在70mm以内的伺服电机及减速器，初选松下MHMD042G1V功率为400W的交流伺服电机作为动力源。
按照电机输出扭矩需要，选择纽士达特型号为PF60-4的减速器，其外径为60mm*60mm，效率为90%。则电机加减速器的输出扭矩为4.68N.m，转速为750rpm，丝杠导程为6mm，传动箱减速比为2，则电动缸的速度为37.5mm/s，推力不小于600kg满足设计及使用要求。
3.2 控制系统优化
根据原理样机中模拟量信号受干扰严重的现象，结合本次设计所选择伺服系统，采用脉冲+方向指令作为控制指令，故需要选择运动控制卡，根据公司现在使用的运动卡，选择深圳众为兴公司型号为ADT-856的运动控制卡作为主控卡。3.3结构部分优化
根据原理样机存在的问题，现将运动平台上平台与电缸连接部分也更改为虎克铰链，用以消除球笼联轴器带来的间隙。虎克铰链示意图如图3.1所示：
图3.1 虎克铰链示意图
4 系统组成
六自由度运动平台系统由测试软件部分系统、电气控制系统、动力电源系统、运动平台机械台体组成。运动平台部分的组成结构示意图如图4.1所示。
用户界面
负载运动伺服算法模块伺服驱动电动缸×6
软件部分电控部分机械部分
图4.1 系统组成框图
软件部分主要包括用户界面程序、伺服算法程序、PID参数设置程序等。用户界面程序采用VB或VC编写，界面友好，使用方便，可以接收用户的鼠标和键盘输入，设置工作的模式，运动的曲线类型等（正弦、连续、圆弧等），可以接收外部的指令，使平台在跟随状态下运行。
电控部分的作用是接收控制系统输出的指令数据，并将其传输给伺服驱动器，驱动器将信号放大后控制电机运动，进而带动电动缸运动，并最终使台体实现各种姿态。包括工控机、运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机、电阻尺及相关电器元件等。
机械部分用于支撑负载，包括上平台、上连接铰、下连接铰、电动缸、支撑架、
底座等。平台由电动缸驱动，进行横滚、偏航、俯仰三个姿态和X、Y、Z平移共六个自由度的运动。
5方案设计
根据研究计划制定的研究目标及为下一个研究课题进行技术储备，本次设计出了满足原速度载荷要求的同时，在不增加外购件的前提下，进行了高速状态的设计，即传动箱内的齿轮可不带减速器直接连接伺服电机，使电动缸可以高速运动，但此时载荷降低，用以进行六自由度运动平台高速状态的研究。
5.1 机械结构设计
本次结构设计在YYPT原理样机基础上进行设计，对原理样机中发现的问题进行优化，同时因为伺服系统更换导致相关结构部分进行更改。主要更改部分有上平台与电动缸连接方式，电动缸传动箱，电动缸电机端传动齿轮。
5.1.1 上平台与电动缸连接方式
原理样机上平台与电动缸连接采用球笼轴承，初样机采用虎克铰链方式进行连接，其更改后的外形图如图5.1所示：
图5.1 上平台链接部分外形图
5.1.2 电动缸传动箱
本次设计选用PF60-4减速器，其减速器输出接口与原减速器相比有更改部分，主要更改部分为连接螺钉分布圆由直径77mm变为直径70mm，止口由直径30mm 变为40mm，其他部分没有变化。
5.1.3电机齿轮
本次设计选用PF60-4减速器，其输出轴直径为14mm小于原减速器输出轴直径18mm，同时考虑与减速器及伺服电机能够连接的共用性，所以需要对电机齿轮重新设计加工。
5.1.4 减速器
根据选取电机设计需要，减速器选择山东纽士达特公司生产的PF60-4行星减速器，其主要性能参数如表5.1：
表5.1 减速器性能参数
名称参数备注
额定输出扭矩44N.m
最大径向力265N
最大轴向力220N
抗扭刚性 1.8N.m/arcmin
额定输入转速4000rpm
最大输入转速8000rpm
回程间隙小于18arcmin
5.2 电控系统设计
电控系统主要用于接收用户控制指令，并处理各种反馈信号，产生控制信号，控制伺服作动器做功，最终驱动运动平台完成各种自由度的运动。
本次设计仍采用位置反解算法，通过平台位置计算出各支电动缸的长度，采用运动控制卡作为运动平台的指令发送器件，根据计算出的结果发送6通道的脉冲+方向指令，用以控制6支电动缸进行运动；将伺服电机尾端的编码器数据通过伺服驱动器发送至上位机，通过解算编码器数据可知电动缸当前位置，电阻尺作为电动缸绝对位置检测，用以进行电动缸行程判读，作为电气限位保护使用。其控制框图如图5.2所示：
工控机输出
I/O
位置
输入
运动
控制
卡
A/D
卡
伺服
驱动
伺服
电机
电动缸
编码器
通道二
通道三
通道四
显示器
键盘
通道五
通道六
上台面
负载电阻尺
图5.2 控制框图
主要控制元器件进行详细介绍：
5.2.1 伺服电机
根据KH08XX（3）缸设计技术书可知，600kg推力时丝杠需要扭矩为5.732N.m ，缸体部份及齿轮传动部分总效率按照70%计算时，齿轮传动部分减速比为2，减速器输出扭矩为4.1N.m。初步选配减速比为4，效率为90%的减速器，则电机端需要
转矩
4.1
== 1.14.
i40.9
T
T N m
η
≈
?
减
电
，选择松下型号为MHMD042G1V的伺服电机，
其主要参数见表5.2：
表5.2 电机性能参数
名称参数备注
电压220V AC
额定转速3000rpm
最大转速5000rpm
额定扭矩 1.3N.m
瞬时最大扭矩 3.8N.m 制动力矩 不小于1.27N.m 编码器
20位增量式
其转矩特性图如图5.3所示：
图5.3 伺服电机转矩特性图
5.2.2 伺服驱动器
根据所选电机，配伺服驱动器型号为MBDHT2510，其主要性能参数见表5.3：
表5.3 伺服驱动器性能参数
名称 参数
备注 电压
220V AC ±10% 50/60Hz
控制方式
位置控制模式
速度控制模式 转矩控制模式 全闭环控制模式
指令输入 差分输入（脉冲+方向、脉冲+脉冲） 输入频率 500k （光电耦合器输入使用时） 4M （长线驱动器输入使用时）
电子齿轮比
1/1000~1000以内
通讯功能RS232、RS485、USB
5.2.3 运动控制卡
选择深圳众为兴公司生产的六轴运动控制卡ADT856，其主要功能为输出六通道脉冲指令，接收六通道编码器反馈数据，其主要参数见表5.4：
表5.4 运动控制卡性能参数
名称参数备注
轴数6轴
最大脉冲输出频率4MHz
脉冲输出频率误差小于0.1%
位置反馈输入32位计数
I/O 每轴8O/8I
其电气连接关系如图5.4所示：
图5.4 电气连接关系图
5.3 控制软件及算法
5.3.1 位置解算算法
对于并联机构的六自由度平台在运动过程中，要保证运动的实时性和正确性，就需要通过对伸缩杠的精确控制来实现，这就需要引入六自由度平台的实时位置正反解算法。所谓六自由度平台的位置反解，是指由运动平台的空间姿态求六个伸缩杠的伸缩量。而六自由度的位置正解，是指有六个伸缩杠的伸缩量来求运动平台的空间姿态。
本次设计仍然采用位置反解的算法作为六自由度平台的位置算法。经过推算后
动平台的各点坐标相对于静平台的各点坐标的方向转换矩阵表示如下：
γ
βα,,,..XB YB ZB B P
R R R R =
??????????-=10
00αααα
c s s c ????
?
?????-ββ
ββc s s c 00100????
?
?????-γγγγc s s c 0000
1
??
???
?????--++-=γβγ
ββ
γαγβαγ
αγβαβαγαγβαγαβαβ
αc c s c s s c c s s c c s s s c s s s c s c c s s c c c ...............
其中a ，b ，c 对应为动平台在X 轴，Y 轴，Z 轴三个方向上的位移；α，β，γ对应为动平台绕X 轴，Y 轴，Z 轴三个轴旋转的角度。 5.3.2 连续运动规划 本设计将依次完成对YYPT 平移、旋转以及X-Y 圆周运动三种运行曲线。
1、平移运动：动平台不对X 、Y 、Z 任一轴做旋转，以平台中心为控制点，在
X 、Y 、Z 任一轴向做往复轴向运动。
2、旋转运动：以平台中心位于X-Y 平面的原点，并在Z 轴行程中心，在X 、
Y 、Z 绕任一轴做角度旋转的往复运动。
3、X-Y 平面圆周运动：YYPT 平台在Z 向行程为一半的X-Y 平面上，以平台中心为原点沿所规划的圆形轨迹运动。其公式为222X Y r +=，其中X 、Y 分别为圆形在X 、Y 上的距离，r 为所画圆的半径，按照此公式计算上平台的运动轨迹。 5.3.3 控制策略
采用了位置环加驱动器内部的速度环、电流环相结合的三环反馈的控制方法。在控制算法中采用了前馈的算法，使控制效果更平稳、更精确。 5.3.4 控制软件
软件设计中采用了模块化、面向对象的设计方法，将程序分为以下模块： 1）六通道伺服控制模块：在1ms 伺服周期内，采集每个通道的反馈信号，将PID 计算的信号对应通道输出，并做必要的限位判断。
2）六通道PID 运算模块：在1ms 的伺服周期内，将反馈的信号和设置的信号进行PID 运算，得出输出信号量。
3）运动曲线规划模块：设置平台按照规划好的曲线方程进行运动。
4）六通道PID参数设置模块：设置六支电动缸的PID参数。
5）数据采集及输出模块：采集编码器的反馈数据并根据PID计算出的结果输出相应的脉冲量。
5.3.5 软件流程框图
开始
选择运动模式
点对点模式平移运动旋转运动X-Y平面圆周运动
输入平台姿态输入运动轴号及运
动范围
输入旋转轴号及旋
转范围
输入旋转半径
输入平台姿态输入运动轴号、运
动范围及时间
输入旋转轴号、旋
转范围及时间
输入旋转半径及时
间
计算各缸行程计算各缸行程，并
按照曲线方程及时
间对电动缸行程赋
值
计算各缸行程，并
按照曲线方程及时
间对电动缸行程赋
值
计算各缸行程，并
按照曲线方程及时
间对电动缸行程赋
值
输出脉冲指令输出脉冲指令输出脉冲指令输出脉冲指令
到位自动停止输入停止后指令停
止
输入停止后指令停
止
输入停止后指令停
止图5.5 软件流程框图
6 主要技术指标计算
6.1载荷
本次设计在不更改原电动缸结构的基础上进行优化设计，对电机进行重新选型，根据KH08XX （3）缸设计技术书可知，600kg 推力时丝杠需要扭矩为5.732N.m ，缸体部份及齿轮传动部分总效率按照70%计算时，齿轮传动部分减速比为2，减速器输出扭矩为4.1N.m 。初步选配减速比为4，效率为90%的减速器，则电机端需要转矩 4.1
=
= 1.14.i 40.9
T T N m η≈?减电。所选电机额定转矩为1.3N.m ，则电动缸在额定速度下的额定推力约为684kg ，最大推力为2000kg 。
根据图5.3所示，伺服电机的最大转速为5000rpm ，此时伺服电机输出的额定转矩约为0.7N.m ，则电动缸在最大速度下的额定推力约为368kg 。
根据本次设计的设计思路，电动缸存在不安装减速器，由伺服电机直接连接齿轮的工况，缸体部份及齿轮传动部分总效率按照70%计算时，丝杠端部的有效转矩为0.91N.m ，则此时电动缸的额定推力约为130kg ，则平台的载荷下降为216kg 。
6.2速度
根据KH08XX （3）缸设计技术书可知，丝杠导程为6mm ，齿轮减速比为2，本次设计选取的减速器速比为4，伺服电机的额定转速为3000rpm ，则电动缸的额
定速度为3000
=p=6=2250mm /min =37.5mm/s i i 42
n v ???电额
减齿。 根据图 5.3所示，伺服电机的最大转速为5000rpm ，则电动缸的最大速度为
max 5000
=p=6=3750mm /min =62.5mm/s i i 42
n v ???电减齿。
根据本次设计的设计思路，电动缸存在不安装减速器，由伺服电机直接连接齿轮
的
工
况
，
则
此
时
电
动
缸
的
额
定
速
度
为
3000=
p=6=9000mm /min =150mm/s i 2
n v ??电电齿。 6.3位置分辨率
本次选用伺服电机末端编码器为20位增量编码器，根据电动缸减速比及丝杠
导程计算，电动缸的位置分辨率为
20
20
p 6
=
=0.0007m i i 2422
μ??减齿。 不安装减速器时，电动缸的位置分辨率为
20
20
p 6
=
=0.003m i i 222
μ?减齿。 折算到平台上的位置分辨率为0.0028μm ，角度分辨率为0.0002°。
6.4定位精度
1）行星减速器
所选行星减速器的精度为14′，传动箱速比为2，传递到丝杠上的转角误差为
7′，则折算到行程上误差
7
60.002mm 60360
?=?； 2）齿轮副
方案中采用KH08XX （3）电动缸采用7级直齿齿轮，其最大侧隙为0.344mm ，
齿轮分度圆直径为104mm ，则折算到行程上的误差
0.344
60.006mm 104 3.14
?≈?， 3）丝杠副
方案中采用KH08XX （3）电动缸采用7级滚珠丝杠，其导程误差为
0.05mm/300mm ，则丝杠的行程误差375
0.050.0625mm 300
?=。 则总体误差为0.002+0.006+0.0625=0.0725mm 。
7 技术指标满足情况
根据技术要求的主要参数，方案设计满足技术指标情况如表7.1：
表7.1 技术指标满足情况
序号技术指标要求值设计值结论备注
1 平台载荷不小于10000N 10000N 满足技术
要求
2 X轴平移±100mm ±100mm 满足技术
要求
3 Y轴平移±100mm ±100mm 满足技术
要求
4 Z轴平移±150mm ±150mm 满足技术
要求
5 X轴/Y轴/Z轴转动±10°±15°满足技术
要求
6 X轴/Y轴/Z轴平移速度不小于15mm/s 37.5mm/s 满足技术
要求
7 X轴/Y轴/Z轴转动角速度不小于1°/s 2°/s 满足技术
要求
8 X轴/Y轴/Z轴平移加速度不小于15mm/s2 37.5mm/s2 满足技术
要求
9 X轴/Y轴/Z轴转动角加速度不小于1°/s2 2°/s2 满足技术
要求
10 电动缸位置分辨率0.0007μm
11 电动缸定位精度0.0725mm
12 平台位置分辨率0.0028μm
13 平台位置精度0.29mm
14 平台角度分辨率0.0002°
15 平台角度精度0.02°
8 结论
通过以上分析、设计及计算，六自由度运动平台方案合理可行，主要技术性能指标满足技术要求，YYPT中出现的问题已有相应的解决措施，可以进入下阶段工作。
力学实验报告
力学实验报告 篇一：工程力学实验(全) 工程力学实验学生姓名：学号：专业班级：南昌大学工程力学实验中心目录实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验二金属材料的压缩试验实验三复合材料拉伸实验实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定实验五电阻应变片的粘贴技术及测试桥路变换实验实验六弯曲正应力电测实验实验七叠（组）合梁弯曲的应力分析实验实验八弯扭组合变形的主应力测定实验九偏心拉伸实验实验十偏心压缩实验实验十二金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验实验十三冲击实验实验十四压杆稳定实验实验十五组合压杆的稳定性分析实验实验十六光弹性实验实验十七单转子动力学实验实验十八单自由度系统固有频率和阻尼比实验 1 2 6 9 12 16 19 23 32 37 41 45 47 49 53 59 62 65实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验时间：设备编号：温度：湿度：一、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理引伸仪标距l =mm 实验前 2低碳钢弹性模量测定 E? 实验后 ?F?l = (?l)?A 屈服载荷和强度极限载荷 3载荷―变形曲线(F―Δl曲线)及结果四、问题讨论（1）比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能；（2）试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。 4篇二：工程力学实验报告工程力学实验报告自动化12级实验班 1-1 金属材料的拉伸实验一、试验目的 1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：上屈服强度ReH，下屈服强度ReL和抗拉强度Rm 。 2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：断后伸长率A和断面收缩率Z。 3．测定铸铁的抗拉强度Rm。 4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁的拉伸过程及破坏现象，并比较其机械性能。 5．学习试验机的使用方法。二、设备和仪器 1．试验机（见附录）。 2．电子引伸计。 3．游标卡尺。三、试样 (a) (b) 图1-1 试样拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。为使实验结果可以相互比较，必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。我国国标GB/T228－2002 “金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图（1-1）所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接，以保证试样
六自由度摇摆平台
大黄蜂机器人六自由度摇摆台 大黄蜂机器人有限公司的六自由度平台系统由采用Stewart机构的六自由度运动平台、计算机控制系统、驱动系统等组成。六自由度运动平台（如下图）的下平台安装在地面上，上 平台为运动平台，它由六只电动缸支承，运动平台与电动缸采用六个虎克铰连接，电动缸与固定基座采用六个虎克铰连接，六只电动缸采用伺服电机驱动的电动缸。计算机控制系统通过协调控制电动缸的行程，实现运动平台的六个自由度的运动，即笛卡尔坐标系内的三个平移运动和绕三个坐标轴的转动。
各主要部分简述如下： 本设备主要由以下部分组成：运动上平台、下平台（基座）、电动缸及伺服 电机、驱动器系统、综合控制及监测系统。 各自功能如下： 上平台：是有效载荷的安装基面，提供六自由度的摇摆运动。 下平台：是六自由度摇摆台的安装基面，需要承受足够大的冲击力。 电动缸及伺服电机：通过控制电动缸活塞杆的行程，实现运动平台台体的六自由度运动，共6套。 驱动器系统：接收用户控制指令，通过控制伺服电机的输入，对伺服电机的输出转速和转角进行控制，达到控制电动缸活塞杆出速度和行程的目的，共6套。 综合控制监测系统：硬件为用户计算机，软件为研制方配合开发；同时，它 还对平台的运动过程进行监测，预防和处理系统的异常情况。
平台总体运动能力指标如上表，具体表述如下： a.平台定位精度及重复定位精度为0.5mm及0.1mm； b.平台转动精度及重复转动精度为0.1°及0.05°； c.行程回差小于0.2mm； d.平台X方向运动速度可从0mm/s到250mm/s连续变化；YZ方向运动 速度可从0mm/s到250mm/s连续变化； e.单支杆可承受轴向力不小于700N； f.单支杆的运动速度可从0m/s到250mm/s连续变化； g.平台中位位置固有频率：不小于40Hz； h.机械组件需具有开放性，可拆卸组装； i.机械设计安全系数不小于 2.0，驱动裕度不小于 3.0； j.额定载荷下，全行程往复工作寿命不小于1×104次，存储寿命不小于48月；
六自由度平台力学仿真研究
六自由度运动平台动力学仿真研究 陈勇军 （华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室，武汉430223） 摘要：针对六自由度运动平台设计过程中遇到的问题，文中运用ADAMS软件对六自由度运动平台运动过程进行仿真研究，并进行可平台的逆运动学和正运动学仿真。仿真结果表明：通过仿真可以检测该机构运动过程中的干涉情况，也可直观再现平台的运动过程。还可求出平台的位置反解和位置正解，大大减少了工作量，缩短了产品的研制周期。 关键字：六自由度运动平台；动力学分析；仿真；正解；反解 Research on Simulation of Dynamic Analysis on Six-DOF Motion Platform CHEN Yongjun （Huazhong Institute of Electro-optics—Wuhan National Laboratory for Optoelectronics，Wuhan 430223，China） Abstract:Due to Keywords: Six-DOF motion platform ; dynamic analysis ; simulation; positive solutions; anti-positive solutions 1 引言 六自由度运动平台通过模拟物体在三个方向的平动和转动，即前后平移、左右平移、上下垂直运动、俯仰、滚转和偏航及复合运动，进而可模拟出各种空间运动姿态。六自由度平台作为一种重要的仿真实验设备，已广泛应用于导弹、飞机、舰船和车辆等领域的模拟训练，还可用来模拟地震的情景，在动感电影、娱乐设备等领域也有应用。六自由度运动平台主要由上下两个平台和六个并联的、可独立自由伸缩的缸组成，其中伸缩缸与平台通过球铰联接，通过改变伸缩缸的长度就可实现上平台的各种空间运动[1]。要准确的控制上平台的运动姿态就需要精确的控制六个缸的运动，这样就要求我们了解六自由平台的位置反解和位置正解的算法。杨永立运用欧拉角、旋转变换的方法推导出位置反解方程，并介绍了数值迭代法进行位置正解的过程[2]。李维嘉提出了采用虚拟连杆对结构进行简化，进而求解六自由度并联运动机构正向解的方法[3]。但到目前位置还没有一种非常高效的求六自由度平台位置正解的算法。近年来，随着计算机的快速发展，仿真软件已经成为设计产品过程中的一种重要工具，在运动学仿真方面也出现了许多仿真软件，这其中的杰出代表是ADAMS软件。本文提出了采用ADAMS软件对六自由度运动平台的运动过程进行仿真研究，使平台运动的位置反
六自由度运动模拟器
基于模型的阻抗控制六自由度电液斯图尔平台 摘要—本文详细描述了一个以模型为基础的阻抗控制六自由度电液斯图尔平台，刚体和电液伺服阀模型，包括所用伺服阀模型和一套完整的系统方程，也包括摩擦和泄漏液压原件。所设计的控制器是采用系统动力学和液压模型产生伺服阀电流。控制规则包括反馈和前馈两个单独的部分。根据指定的特性阻抗过滤器会修改所需的轨迹，修改后的轨迹被送入系统模型，以减少非线性液压动力的影响。提出了模拟的典型期望轨迹，并得到了拥有良好性能的控制器。 1．导言 最早的6自由度（DOF）斯图尔特高夫平台是在1954年发明的。在1965年，样机的平行机构被用做一个具有六自由度运动平台的飞行模拟器。此后，许多关于这种机构以及相关研究被发表，该机构可以是电动也可以是液动。许多研究人员已经研究了斯图尔特平台的动力学和运动学。然而驱动力却没有被考虑完全。虽然电动斯图尔平台已被广泛运用，但是很少有研究是关于包括驱动和控制的完整动力学。 阻抗控制被认为是一种积极的兼容的运动控制，主要需要行业应用并于周围环境相互作用，例如数控机床，铣床等。这种控制器同时具有安全性和灵活性，相对而言是首选。 液压科学与控制相结合，得到了新的液压系统的应用。这也是为什么液压系统会被作为一些工业和移动式应用机电驱动的首选。包括它们大批量快速生产的能力，它们的耐久性和刚度，还有他们的响应速度，液压体系不同于机电体系，在液压体系中力或例句输出与执行器的电流是不成真比的，因此，液压执行器不能作为力矩的来源模仿，但是可以作为受控阻抗，所以，要设计出了控制机器人的控制器。驱动力/力矩的虚拟设置在这里始终不可行。 控制技术被用来补偿电动液压伺服系统的非线性。研究人员已经提出了关于液压伺服系统的非线性自适应控制技术的假设、反推以及方式。一个强力的控制器是在非线性定量反馈理论的基础上设计的，已被工业液力执行机构所实现，同时考虑了系统和环境的不确定性。一个电动机械手控制的统一方式适用于任何提案。运动学约束议案，以及机机械臂及其环境之间的动态交互研究已经通过审查。制定所需的机械臂阻抗技术和对一个给定应用程序选择适当的阻抗的技术的最优化理论已经被提出。这里有两种控制机电驱动高夫斯图尔特并行平台机械阻抗的空间几何方法，第一种基于球形位置函数，第二种则是利用指数映射关联有限位移与扭转位移平衡的平台。 一个基于模型的高性能的压接头液压伺服系统前馈反馈阻抗控制器已经被提出，在这里，一个阻抗根据在自由空间或空间接触的行为来调整过滤器所需的轨迹，类似已提交的工作，其中基于位置阻抗控制器工业液压机械手已开发。此外，阻抗控制器研究已在遥控轮式液压伺服系统和重型工程中实施。 在这篇论文中，提及了一种基于模型的六自由度电液伺服斯图尔特关节对称平台阻抗控制器，用于描述刚体斯图尔特平台和液压驱动系统，对比其它方法，这里有伺服模型和摩擦模型。先进的控制方案在分析方案时，应用了刚体、驱动力学和伺服阀的输入电流矢量。控制规律包括两个信号，反馈信号和前馈信号。根据指定的行为阻抗过滤器会修改所需的轨迹。修改后的轨迹被送入系统模型，以减少非线性液压动力的影响。现金控制器的性能说明使用了典型的轨迹。拟议的方法可以扩展到串行或闭链机器人和模拟器。 2系统建模 在本节中，研究了六自由度电液伺服斯图尔特平台的动态模型，这是一个由支架和六个线性驱动器组成的闭环运动体系，该体系的原理如图1所示：
六自由度测试系统
第19卷第4期仪 器 仪 表 学 报V o l.19 №4 1998年8月CH I N ESE JOU RNAL O F SC IEN T IF I C I N STRUM EN T A ug. 1998 六自由度测试系统3 孙长库 周富强 刘 越 叶声华 (天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室 天津 300072) 摘要 本文所描述的测试系统基于激光全息分光技术和激光干涉测长技术,同时测定目标物体六个自由度的偏差。采用激光漂移补偿技术建立了稳定的激光束基准,采用磁光调制技术减小 光强不稳定等因素对滚转角测量精度的影响,实现了多自由度较高精度的准直。实验表明,在激光 光源距靶标1m时,该系统Ρ重复性误差:线位移小于4Λm,角位移小于4″,整个系统结构简单,测 量效率高。 关键词 六自由度误差 全息透镜 磁光调制 干涉测长 1 引 言 目前,在国内外相继研制的多自由度测量系统中,大都采用多激光束进行,在光路中加多个分光元件,将单一激光束分为多束作为测量基准,利用每一束光所带的位移信息,采用和一般准直仪相同的测试原理,来测量出各自由度的偏差〔1,2〕。这种简单的分光方法所分出的光束独立性不好,作为测量基准时,其相对位置精度难以保证,而且多元件的采用使得测试系统的可动部分不易小型化。近年来出现的双目视觉法六自由度测量系统〔3〕,虽然结构简单,但标定复杂,测量精度难以保证。 本文描述一种利用全息透镜分光和干涉计量的方法,结合激光漂移补偿技术和磁光调制技术同时探测空间物体六自由度偏差,并能保证各被测参数之间的相对独立,实现对空间物体位置精度的动态检测。 2 基本测试原理 测试系统结构示意如图1所示,坐标原点确定为全息透镜的中心O。一准直扩束光束经分光镜分为两束,一束进入干涉系统,被用来测量物体沿Z轴位移。另一束经磁光调制器后入射到全息透镜,被分为三路:非衍射光束2、会聚光束3和发射光束4,利用这三束光所携带的信息来测量其它五个自由度偏差。 当准直光束中心线以方向角Α、Β、Χ入射到全息透镜的中心时,在菲涅尔近似条件下(Α≈Β3 本文于1996年10月收到。
六自由度运动平台方案设计报告
编号 密级内部阶段标记 C 会签 校对 审核 批准六自由度运动平台 方案设计 名称
内容摘要： 针对YYPT项目在原理样机出现的问题，对YYPT原理样机从结构设计、伺服系统等方面进行优化设计，以满足设计及使用要求。 主 YYPT 优化 题 词 更改单号更改日期更改人更改办法 更 改 栏
1概述 YYPT原理样机用原库房留存的345厂的直流电机作为动力源，直流驱动器及工控机作为控制系统元件，采用VB软件进行控制软件的编制，因设计及器件选型的原因，导致YYPT原理样机，在速度、精度、运动规律上等几个技术指标无法满足原规定的指标要求，现在此基础上进行优化方案的设计。 2 原理样机技术状态 2.1 原理样机方案 2.1.1 组成 原理样机采用工控机作为系统的控制单元，工控机内配有研华PCI1716和PCI1723作为A/D和D/A模拟量卡，驱动器采用AMC公司的型号为12A8的伺服驱动器，并配有直流可调电源其输出电流可达到150A，采用KH08XX（3）电动缸作为运动平台的六条支腿，电动缸上安装有电阻尺作为位置反馈器件，上平台与电动缸连接采用球笼联轴器，下平台与电动缸连接采用虎克铰链方式。具体产品组成表见表2.1。 序号产品名称型号厂家数量备注 1 电动缸KH08XX（3）西安方元明 6 安装345厂电机 2 电阻尺LTS-V1-375 上海徳测 6 3 驱动器50A8 AMC 6 3 A/D卡PCI1716 研华 1 4 D/A卡PCI1723 研华 1 5 工控机610H 研华 1 6 直流电源 1 2.1.2 结构方案 六自由度运动平台是由六条电动缸通过虎克铰链和球笼万向节联轴器将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条电动缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
并联六自由度运动平台
并联六自由度运动平台 1．概述 并联六自由度运动平台通过六个驱动缸（伺服缸或电动缸）的协调伸缩来实现平台在空间六个自由度的运动，即平台沿x、y、z向的平移和绕x、y、z轴的旋转运动（包括垂直、水平、横向、俯仰、侧倾和旋转六个自由度的运动），以及这些自由度的复合运动。并联六自由度运动平台可用于机器人、飞行模拟器、车辆驾驶模拟器、新型加工机床、及卫星、导弹等飞行器、娱乐业的运动模拟（动感电影摇摆台）、多自由度振动摇摆台的精确运动仿真等。 图0-1：六自由度及其坐标系定义图 我公司通过自行设计、安装调试，并开发控制软件，同时采用进口关键件对并联六自由度运动平台进行研究开发，目前已完成多套六自由度运动平台应用，典型应用有列车风档液压仿真试验台、F1国际赛车运动仿真台、汽车驾驶模拟器、飞机和飞碟运动模拟器、振动谱试验、海浪模拟试验等。 六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等一系列高科技领域，是液压及控制技术领域的顶级产品。 2．系统组成 2.1液压伺服类 典型的液压式并联六自由度运动平台主要由机械系统、液压系统、控制系统硬件和控制系统软件四部分组成。
机械系统主要包括：承载平台、上下连接铰链、固定座。 液压系统主要包括：泵站系统、伺服阀、驱动器、伺服油缸和阀块管路。 控制系统硬件主要包括：实时处理器、伺服控制单元、信号调理单元、监控单元和泵站控制单元。 控制系统软件包括：实时信号处理单元、实时运算单元、伺服控制和特殊要求处理单元。 2.2 电动伺服类 电动式并联六自由度运动平台则将伺服油缸用电动缸代替，而伺服阀、泵站系统及阀块管路等则相应取消，增 加运动控制单元。具有系统简洁、响应速度快等优点，是多自由度平台今后重点发展的方向。 3．主要技术参数 以下参数为液压类平台典型值，具体可按用户要求设计制造。 3.1平台主要参数 平台最大负载：静态≥2000KG，动态≥3000KG。 上平台球铰分布园直径1400mm，相邻球心距离157mm； 下平台球铰分布园直径1600mm，相邻球心距离167mm； 伺服缸最小球铰球心距离800mm，最大长度1200mm；（采用Φ63/45~400缸体）。 平台初始高度约700mm。 3．2 泵站技术指标 额定流量：90L/min 最大系统压力：12Mpa； 泵站电机功率：22KW； 空间尺寸：1400×1200×1320 3.3 运动参数 伺服缸运动速度≥200mm/S；有效行程≥400mm。 主要运动参数如下表：
六自由度
物体在空间具有六个自由度，即沿X、Y、Z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定物体的位置，就必须清楚这六个自由度。 六自由度运动平台是由六支作动筒，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。可广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中。在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。由于六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域，因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。 空间运动的目标是实现平台在空间运动的三个姿态角度和三个平动位移，即俯仰、滚转、偏航、上下垂直运动、前后平移和左右平移，及六个姿态的复合运动姿态。而空间目标是通过六个液压缸的行程实现的，这就需要一个空间的运动模型完成空间运动的转换，假设空间运动的目标俯仰、滚转、偏航、上下垂直位移、前后平移和左右平移用α，β，γ，X，Y，Z表示，六个油缸的行程用 L(i), (i＝1、2、3、4、5、6)表示。整个运动模型如下： L（i）＝TT（α，β，γ，X，Y，Z） 其中，TT是一个空间转换矩阵模型。由此实时算出每一运动时刻液压油缸的行程。液压油缸的理论行程再通过D/A接口的转换，给出实际行程值。 多自由度运动控制 多自由度控制系统中，自由度最多为六自由度，并且六自由度运动控制难度最大，设备及系统最复杂，下面主要介绍我公司设计、生产的六自由度运动台。 六自由度运动平台是由六支直线伺服电动缸，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六只伺服电动缸）执行器）的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出
六自由度平台说明书
技术领域 本发明涉及一种总线型并联六自由度平台，利用总线型控制方式控制伺服电机，经过虎克铰、伺服电动缸的传动使上平台可以模拟各种空间动作。 背景技术 传统的伺服电机控制技术是通过运动控制卡发出脉冲信号和方向信号，驱动伺服电机做不同动作。每一个伺服电机都需要一组对应的脉冲信号和方向信号控制，六自由度平台有六个伺服电机就需要六组信号。用CAN总线控制伺服电机，只需要一台计算机通过CAN总线通信适配卡向总线发送控制信息，伺服驱动器选择需要的信息接收来控制伺服电机，不再需要运动控制卡，节省了硬件和接线，实现了传输信号的数字化。一条CAN总线最多可以有128个节点，一个六自由度平台有六个伺服电机即六个节点，所以一条总线可以控制最多20个六自由度平台。并且总线抗干扰能力强，可以适应恶劣的工作环境。 六自由度运动平台是由六个伺服电机、六个伺服电动缸，上、下各六个虎克铰和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六个伺服电动缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（α，β，γ，X，Y，Z）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。六自由度运动平台涉及到机械、伺服电动缸、伺服电机、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理等一系列高科技领域，因此六自由度运动平台是控制领域水平的标志性象征。主要包括平台的空间运动机构、伺服系统、控制系统。 发明内容 本发明解决的技术问题是由总线型方式控制伺服电机使平台可以模拟各种空间运动姿态，并且达到精确控制和信息的反馈。 本发明为解决其技术问题采用的方案是：平台包括三部分，分别是控制系统、伺服系统和运动机构。控制模块包括一台计算机、一个CAN总线通信适配卡和一条CAN总线；伺服系统包括六个伺服驱动器和六个伺服电机；运动机构包括十二个虎克铰、六个伺服电动缸和上、下平台。所述上位机与总线通信适配卡连接，CAN总线通信适配卡与CAN总线连接，CAN总线与六台伺服驱动器连接，六台伺服驱动器分别与六台伺服电机连接，伺服电机与伺服电动缸连接，伺服电动缸与虎克铰连接，六个虎克铰和上平台连接，下平台与六个虎克铰连
六轴工业机器人实验报告
六轴工业机器人模块 实验报告 姓名：张兆伟 班级：13 班 学号：30 日期：2016年8月25日
六轴工业机器人模块实验报告 一、实验背景 六自由度工业机器人具有高度的灵活性和通用性，用途十分广泛。本实验是在开放的六自由度机器人系统上，采用嵌入式多轴运动控制器作为控制系统平台，实现机器人的运动控制。通过示教程序完成机器人的系统标定。学习采用C++编程设计语言编写机器人的基本控制程序，学习实现六自由度机器人的运动控制的基本方法。了解六自由度机器人在机械制造自动化系统中的应用。 在当今高度竞争的全球市场，工业实体必须快速增长才能满足其市场需求。这意味着，制造企业所承受的压力日益增大，既要应付低成本国家的对手，还要面临发达国家的劲敌，二后者为增强竞争力，往往不惜重金改良制造技术，扩大生产能力。 机器人是开源节流的得利助手，能有效降低单位制造成本。只要给定输入成值，机器人就可确保生产工艺和产品质量的恒定一致，显著提高产量。自动化将人类从枯燥繁重的重复性劳动中解放出来，让人类的聪明才智和应变能力得以释放，从而生产更大的经济回报。 二、实验过程 1、程序点0——开始位置 把机器人移动到完全离开周边物体的位置，输入程序点 0。按下手持操作示教器上的【命令一览】键，这时在右侧弹出指令列表菜单如图：按手持操作示教器【下移】键，使{移动 1}变蓝后，按【右移】键，打开{移动 1}子列表，MOVJ 变蓝后，按下【选择】键，指令出现在命令编辑区。修改指令参数为需要的参数，设置速度，使用默认位置点 ID 为 1。（P1 必须提前示教好）。按下手持操作示教器上的【插入】键，这时插入绿色灯亮起。然后再按下【确认】键，指令插入程序文件记录列表中。此时列表内容显示为： MOVJ P=1 V=25 BL=0 （工作原点） 2、程序点1——抓取位置附近（抓取前） 位置点1必须选取机器人接近工件时不与工件发生干涉的方向、位置。（通常在抓取位置的正上方）按下手持操作示教器上的【命令一览】键按手持操作示教器【下移】键，使{移动 1}变蓝后，按【右移】键，打开{移动 1}子列表，MOVJ
六自由度运动平台的仿真研究
六自由度运动平台的仿真研究 天津工程机械研究院 杨永立 摘要：本文分析了六自由度运动平台分别采用球铰链和万向节铰链进行连接时的自由度，运用欧拉角、旋转变换的方法推导出位置反解方程，介绍了数值迭代法进行位置正解的过程。 关键词：并联，局部自由度，位置反解，位置正解。 1. 简介 运动平台按结构形式可分为串联和并联两大类。与串联形式相比，并联形式具有刚度大、承载能力强、结构简单、运动负荷小、能实现包括横移、纵移、升沉等多个自由度运动等特点。同时，串联形式的优点也很明显，其具有运动空间大，测量精度高，运动、受力分析相对简单、控制、测量的实现相对容易，且每个自由度都能独立运动等特点。 六自由度运动平台（如图1所示）是由六条油缸通过万向节铰链（或球铰链）将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条油缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X， Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以 模拟出各种空间运动姿态。 2. 自由度的确定 若在三维空间有n个完全不受约束 的物体，任选其中一个作为固定参照物， 因每个物体相对参照物都有6个运动自 由度，则n个物体相对参照物共有6(n-1) 个运动自由度。若在所有物体之间用运 动副联接起来组成机构，设第i个运动副 的约束为u i（1到5之间的整数），如果 运动副的总数为g，则机构的自由度M为：
∑=--=g i i u n M 1)1(6 利用上述公式计算一下如图1所示运动平台(采用球铰链)的自由度数。将油缸分解为缸筒和活塞杆，则总的构件数n=14，油缸与上下平台之间的连接为12个球铰链（约束为3），缸筒和活塞杆构成6个既可以相对移动，又可以相对转动的运动副（约束为4），则平台的自由度M 为： ∑=--=g i i u n M 1)1(6=6 (14－1)－(3×12＋4×6)=18 计算结果出人意料，平台似乎无法只通过六条油缸进行驱动。但是，如果保持上平台和缸筒固定不动，由球铰链的特性可知，活塞杆仍然可以相对其轴线转动；同理，缸筒也具有同样的效应。实践证明，这种转动并不影响上平台的空间运动姿态，因此属于局部自由度。 在六自由度运动平台的实际设计中，由于球铰链 的刚度差，结构不稳定，所以一般采用万向节铰链（如 图2所示，约束为4）来代替图1中的球铰链，则自由 度M 为： ∑=--=g i i u n M 1)1(6=6 (14－1)－(4×12＋4×6)=6 3. 六自由度运动平台空间姿态的解算 要实现对平台空间姿态的控制和测量，必须掌握它两个方向上的解算方法，即位置反解和位置正解。 3.1 位置反解（逆向解）： 已知输出件的位置和姿态，求解输入件的位置称为机构的位置反解。在运动平台的实际应用当中，用户所给定的一般都是平台的六个空间姿态参数X ，Y ，Z ，α，β，γ，然而要实现对平台的控制，需要的是六条油缸的长度L 1、L 2…L 6，这正好是已知输出求输入，属于位置反解。也就是说，要实现对平台空间姿态的控制，就必需推导出平台的位置反解方程。 如图1所示，在上平台建立动坐标系o-xyz ，在下平台建立静坐标系O-XYZ ， 图2 万向节铰链
六自由度平台实验报告
六自由度平台实验报告 机械电子工程系张梦辉21525074 一、实验简介 实验对象为一个六自由度平台，每个自由度的运动均由一个永磁式直流电机驱动，实验要求对其中一个电动缸进行位置控制，位置由一个滑变电阻式的位移传感器反馈回的电压信号确定，驱动则是通过研华的PCI1716L的数字输出实现，控制软件采用Labview8.6。 二、实验装置 PC机一台 研华PCI1716L多功能板卡一个 PCI总线一根 固态继电器板一块 220V AC—24VDC变压器三个 直流电动机六个 三、实验台介绍 六自由度运动平台是由六支电动缸，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六只电动缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（α，β，γ，X，Y，Z）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。六自由度运动平台涉及到机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理等一系列高科技领域，因此六自由度运动平台是机电控制领域水平的标志性象征。主要包括平台的空间运动机构、空间运动模型、机电控制系统。 本实验台，PC机作为板卡和人的接口，通过在PC机上编程来控制板卡发送数字信号和采集位置信号。将PCI多功能卡设置为设备0，选择PCI板卡的模拟信号输入口AI4口来采集2号缸的位置信号，通过PORT1号口来控制2号缸对应直流电机的正转、反转和停止。通过数字信号输出口发送开关量来控制固态继电器的开和闭，固态继电器导通的话，则接通直流电动机，直流电动机开始运行，这时候，电动缸就会朝着指定方向运行，并且到达指定的位置。
实验中用到的接口的说明： AI0-AI5 模拟信号输入口，用来采集六个缸的位置信号；AIGND 模拟信号公共地 DO0-DO11 数字信号输出口，用来控制六个缸的运动 （其中DO11-DO10 分别控制1号缸的正反转 DO09-DO08 分别控制2号缸的正反转 DO07-DO06 分别控制3号缸的正反转 DO05-DO04 分别控制4号缸的正反转 DO03-DO02 分别控制5号缸的正反转 DO01-DO00 分别控制6号缸的正反转 DGND 数字输出信号公共地
单自由度实验报告
[键入公司名称] 单自由度振动系统固有频率及阻尼的测定实验 报告 班级：结02 实验人：陈伟 同组人：陈光赵煜民 2011/10/31 理论力学实验报告
一、实验目的 1. 掌握测定单自由度系统固有频率、阻尼比的几种常用方法； 2. 掌握常用振动仪器的正确使用方法。 二、实验内容 1. 记录水平振动台的自由衰减振动波形； 2. 测定水平振动台在简谐激励下的幅频特性； 3. 测定水平振动台在简谐激励下的相频特性； 4. 根据上面测得的数据，计算出水平振动台的固有频率、阻尼比。 三、实验原理 具有粘滞阻尼的单自由度振动系统，自由振动微分方程的标准形式为 022=++q p q n q ，式中q 为广义坐标，n 为阻尼系数，eq eq m C n /2=，eq C 为广义阻力系数，eq m 为等效质量；p 为固有的圆频率，eq eq m K p /2=，eq K 为等效刚度。在阻尼比 1/<=p n ζ的小阻尼情况下，运动规律为)sin(22α+-=-t n p Ae q nt ，式中A ，α由 运动的起始条件决定， d f n p π222=-。 具有粘滞阻尼的单自由度振动系统，在广义简谐激振力t H t s ωsin )(=作用下，系统强 迫振动微分方程的标准形式为t h p q n q ωsin 22 =++ ，式中/eq h H m =。系统稳态强迫振 动的运动规律)sin(?ω-=t B q ，式中 振幅2 2 2 20 2 2 2 22 4)1(4)(λ ζλω ω+-= +-= B n p h B 相位差2 2212arctg 2arctg λ ζλ ωω?-=-=p n 其中eq k H p h B == 2 0，p ωλ=。 由台面、支撑弹簧片及电磁阻尼器组成的水平振动台，可视为单自由度系统，它在瞬时或持续的干扰力作用下，台面可沿水平方向振动。 1. 衰减振动：
六自由度汽车驾驶运动模拟器设计
摘要 汽车驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人—车—环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。近年来，由于具有安全性高、再现性好、可开发性强、成本低等显著特点，研究开发驾驶模拟器已经成为国内外一个重要发展方向。 本文在查阅国内外大量资料的基础上，结合老师的研究课题主要对六自由度汽车驾驶模拟器液压系统部分进行设计。六自由度汽车运动模拟器采用液压伺服阀控制液压缸来驱动模拟平台的运动，以实现汽车驾驶模拟器运动姿态模拟。本文主要进行机械机构的设计、液压伺服系统设计、液压泵站设计和液压缸的设计等。 通过模拟器的机构设计和驱动液压伺服系统设计，结合电气系统能够实现汽车在不同运行状态的模拟，当驾驶员坐在驾驶舱系统的座椅上进行模拟驾驶时，完全能够感受到实际汽车驾驶的各种体感，为实车训练驾驶提供了可替代的模拟平台；本设计也为今后的进一步研究及其在娱乐模拟器、动感电影等产业的实际推广和应用方面奠定了基础。 关键词：汽车驾驶模拟器六自由度运动平台液压伺服系统运动姿态控制
Abstract The Automobile-driving i an important tool which used for the development of auto mobile product and the study of the transportation characteristics of “man-car-environment”or the driver training .In recent years, the study of the automobile-driving simulator used for development has become an important development direction in the world because of the notable characteristics of high safety, well reappearance of scene, easy to develop and low cost. This article is based on searching the large quantity of information about at home and abroad, and combines with the tea cher’s research task which mainly designs the part of 6-dof driving Simulator of hydraulic system .The 6-dof motion simulator adopts valves of hydraulic servo to control actuator to drive the movement of driving simulation platform, and to achieve the movement posture simulation of the automobile driving simulator. This article is mainly about the designing of machine, the system of hydraulic servo, hydraulic pump station, and actuator and so on. According to the designing of agencies of simulator and hydraulic servo system, it can combines the electrical system which can bring out the imitation of cars in different movement conditions, when the driver simulating drive on the seat of cockpit system, you can feel the feeling of driving a true car, and it also offer the simulator platform which can be replaced for true driving training. At the same time, this designing is also establishes for the further researches and the practice extension and use. Keywords:Driving-automobile simulator, 6-dof of motion platform, the system of hydraulic servo, the control of campaign attitude
六自由度液压伺服平台实验报告
六自由度液压伺服平台实验报告 一、实验目的。 1、掌握电液位置伺服控制系统的基本原理； 2、掌握六自由度平台的结构解算的概念及其软件实现； 3、掌握VB6.0软件与下位机PAC通过以太网通信的方法； 4、掌握6SPT-1六自由度液压伺服平台复现指令信号的实施方 法。 二、实验方式：演示实验。 三、实验内容。 1、根据六自由度平台系统原理图和相关电气元器件接线说明设 计电控系统，演示模拟地震实验； 2、了解影片动作文件的编辑，熟练操作六自由度影片播放软件； 3、熟练操作六自由度平台调试软件； 四、实验原理。 1、电液位置伺服控制系统的基本原理 电液位置伺服控制系统以液体作为动力传输和控制介质，利用电信号进行控制输入和反馈。只要输入某一规律的输入信号，执行元件就能启动、快速并准确地复现输入量的变化规律。控制系统结构图如图3.1所示：
图3.1电液位置伺服控制系统结构图 2.六自由度平台逆解算法 图3.2 空间机构位置关系示意图 六自由度平台又称为Stewart平台，其结构如图3.2所示，Stewart 平台由上、下两个平台、六个驱动关节和连接球铰组成，上平台为运动平台，下平台为基座，上、下平台的六个铰点分别组成一个六边形，连接6个液压缸作为驱动关节，每个液压缸两端各连接一个球铰。六个驱动关节的伸缩运动是独立的，由液压比例压力阀控制各液压缸作伸缩运动，从而改变各个驱动缸的长度，使动平台在空间的位置和姿态发生变化。因此该平台是通过六个驱动杆的协调动作来实现三个线性移动及三个转动共六个自由度的运动。 Stewart平台机构的空间位置关系是指运动平台的六个自由度与六个驱动杆长度的关系，是研究该并联机构最基本的任务，也是机构速度、加速度、误差分析、工作空间分析、动力分析等的基础。 对于6-SPS平台机构，其特点是动静平台铰点共面，考虑到工作空间的对称性要求，将平台的6个铰点分成3组，三组铰点沿圆周
六自由度舰船运动模拟器随机海浪谱模拟
六自由度舰船运动模拟器随机海浪谱模拟 皮阳军1, 王宣银1, 罗晓晔2, 顾 曦1 (1浙江大学流体传动及控制国家重点实验室 杭州,310027)(2杭州职业技术学院模具研究所 杭州,310018) 摘要 为了测试随机海浪引起的振动对舰载设备性能和可靠性的影响,提出利用六自由度舰船运动模拟器复现随机海浪谱,对舰载设备进行环境模拟试验。针对六自由度舰船运动模拟器的实际情况,提出双闭环控制方法,利用实时正解代替输出传感器。研究了基于谱均衡和时域随机化的随机海浪谱驱动信号生成技术,并在六自由度舰船运动模拟器上进行试验。试验结果表明,该方法能在六自由度舰船运动模拟器上模拟随机海浪谱,频域复现精度达到±1dB。 关键词 六自由度 模拟器 海浪谱 可靠性 随机振动 中图分类号 T P242 T P391.76 引 言 环境模拟试验是设备可靠性验证的重要组成部分,在设备的研发和可靠性验证中具有重要作用[1-2]。舰船在海洋中主要受到海浪扰动而产生振动,需要舰船运动模拟器来模拟海浪产生的振动。海浪引发的振动属于随机振动,而海浪功率谱密度是海浪重要统计特征之一[3]。因此,海浪随机振动的模拟又称为海浪功率谱密度的模拟。 国外公司已经掌握了随机振动试验的控制技术,有较为成熟的产品[4-5]。Welar atna[6]介绍了随机振动试验的控制算法。Vaes[7]介绍了一种路面振动模拟的振动台。国内学者主要对随机振动试验中的理论进行了研究。蒋瑜等[8]对超高斯真随机信号的生成技术进行了研究。王述成等[9]对随机振动试验中的时域随机化技术进行了研究。这些研究主要集中在宽带随机振动控制,振动台的行程一般较短。研究表明,海浪谱为窄带信号,频谱主要集中在低频段,在时域内随机信号的幅值较大,因此不能采用一般的振动台进行模拟。六自由度舰船运动模拟器具有输出力大、输出位移长的优点,满足海浪谱模拟的要求。国内外学者对并联六自由度平台进行了较为深入的研究,基于该平台的六自由度模拟器已经在航空、汽车和舰船模拟上得到了广泛的应用[10]。 本文根据六自由度模拟器的实际情况,利用位移传感器采集6个驱动杆长度,进行实时正解得到模拟器末端位姿。这种设计避免了安装加速度传感器,也方便在计算机内部进行位置闭环控制。 1 六自由度舰船运动模拟器 六自由度舰船运动模拟器主要由并联六自由度平台构成。如图1所示,并联六自由度平台由6根可伸缩液压缸分别和上、下平台以球铰和虎克铰连接。下平台固定,上平台可以模拟舰船的纵移、横移、垂荡、纵摇、横摇和艏摇六自由度运动。平台上、下铰点分别用B i,A i(i=1,2,…,6)表示。上、下平台的坐标系分别为运动坐标系O p X p Y p Z p和惯性坐标系O g X g Y g Z g。平台的结构参数如下:上、下铰分布半径为R1和R0;上、下铰点分布角为 1和 0;支链铰间距为q;零位时上平台高为h。 六自由度平台的输出与6个驱动关节的输入具有特定的映射关系。已知各个关节输入求取六自由度平台的输出称为正解问题。因此,试验系统采集6个驱动关节的位移,通过实时正解求出六自由度平台的输出位置,避免直接在输出端安装传感器。 2 随机海浪谱驱动信号生成原理 传统的舰船运动模拟器一般将海浪作为规则波或规则波的叠加进行处理,实际上海浪是不规则的 第30卷第4期 2010年8月 振动、测试与诊断 Journal of Vibratio n,M easurement&Diagnosis V o l.30No.4 A ug.2010 国家自然科学基金资助项目(编号:50375139);新世纪优秀人才支持计划资助项目(编号:N CET-04-0545);浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开放基金资助项目(编号:GZK F-2007004) 收稿日期:2009-06-16;修改稿收到日期:2010-03-12
六自由度运动平台设计方案
六自由度运动平台设计 方案 1概述 YYPT原理样机用原库房留存的345厂的直流电机作为动力源，直流驱动器及工控机作为控制系统元件，采用VB软件进行控制软件的编制，因设计及器件选型的原因，导致YYPT原理样机，在速度、精度、运动规律上等几个技术指标无法满足原规定的指标要求，现在此基础上进行优化方案的设计。 2 原理样机技术状态 2.1 原理样机方案 2.1.1 组成 原理样机采用工控机作为系统的控制单元，工控机内配有研华PCI1716和PCI1723作为A/D和D/A模拟量卡，驱动器采用AMC公司的型号为12A8的伺服驱动器，并配有直流可调电源其输出电流可达到150A，采用KH08XX（3）电动缸作为运动平台的六条支腿，电动缸上安装有电阻尺作为位置反馈器件，上平台与电动缸连接采用球笼联轴器，下平台与电动缸连接采用虎克铰链方式。具体产品组成表见表2.1。 序号产品名称型号厂家数量备注 1 电动缸KH08XX（3）西安方元明 6 安装345厂电机 2 电阻尺LTS-V1-375 上海徳测 6 3 驱动器50A8 AMC 6 3 A/D卡PCI1716 研华 1 4 D/A卡PCI1723 研华 1 5 工控机610H 研华 1
6 直流电源 1 2.1.2 结构方案 六自由度运动平台是由六条电动缸通过虎克铰链和球笼万向节联轴器将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条电动缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X ，Y ，Z ，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。 图1 六自由度平台外形图 a ）球笼联轴器（如图2所示） 采用球笼铰链与上平面连接。球笼铰链结构简单、体积小、运转灵活、易于维护。 初选球笼铰链型号BJB （JB/T6139-1992），公称转矩Tn=2000N/m ，工作角度40度，外径D=68mm ，轴孔选用圆柱孔d=24mm ，总长度L1=148mm ，转动惯量为0.00008kg.m 2，重量5kg 。 球笼联轴器 电动缸 虎克铰链 上动平台 下静平台