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六自由度运动平台的算法及功能设计

发表时间:2021-12-28 11:10

  六自由度运动平台,由上、下平台和六个可伸缩的电动缸组成。上、下平台与电动缸之间,分别通过虎克铰或球铰相连,因此上、下平台分别有6个连接点。上平台为动平台,在六个电动缸的驱动下进行空间中的六自由度运动,下平台为静平台,静止不动,上、下平台为相似的六边形,如下图所示。六自由度并联机构具有速度快、负载大、精度高等特点,该结构作为运动平台有着广泛的应用空间。。另外,还有六自由度摇摆台的基本功能大家了解吗?包括运动姿态模拟、运动参数设定和运动信息显示功能这三个功能,下面来看看具体的分析介绍吧。


  六自由度运动平台的算法


  六轴定位系统强调的是六轴以及定位。六轴指能完成六个自由度运动的电动设备。具体包括XY水平运动,z上下运动,旋转,以及两个方向上的摇摆。


  定位是指对运动精度有要求的设备。并联是指系统中所有运动机构同时运动实现一个目标位置。串联是指系统中运动机构独立运动,到一个目标位置。


  并联的结构常见的是六个腿,六个支点同时推动一个运动面,变腿长式或者单腿加关节;也有tripod结构,三条腿,一个支点,每个单腿另加XY平移机构。


  串联则较为简单,六个独立工作的平台叠加到一起运动。关于优缺点:六轴并联系统优点在于体积紧凑,没有那么多线。串联结构一层一层台子,叠六层,每加一层,对底层台子的负载能力要求就增加一些,体积也会变大。串联结构的台子负载能力不及并联的。


  并且六个台子有十几根线做通讯和供电用的,非常混乱。六轴并联机构是通过一个矩阵换算方式分解一个目标位置的。所以可以很好的避免叠加误差,提高重复精度。


  串联结构的优点就比较简单啦。并联的旋转是无法360度无限制旋转的,并联结构各个自由度的行程是非常受限的,串联就不会。并且如果不是非要六轴,只要4轴或者5轴,串联就可以比较随意的增减搭配。


  六自由度运动平台的功能设计


  从控制角度看,六自由度运动平台控制系统是一种电动伺服控制系统。要对其进行控制系统的总体设计,就必须先明确该系统的结构特性与工作原理,分析该系统应当包含的功能模块。然后基于其功能需求,设计出整个系统所需的硬件模块,画出控制系统构成图。而后对硬件部分和软件部分分别进行设计和规划,从而完成六自由度运动平台控制系统的总体功能设计。


  在实际控制过程中,主控单元需要频繁地执行正反解、轨迹规划求解等计算任务,且这些任务的计算量都比较大。此外,完备的控制系统还应包括人机交互、实时数据存储等功能。


  (1)位置控制:本文采用的控制方式主要是位置控制,当系统发出指令时,平台的六个电动缸能够按照指令,在系统限定范围内进行伸缩运动,使运动平台实现空间中六个自由度的目标运动。


  (2)限位系统:当六自由度运动平台的某个电动缸超过其运动范围时,必须有限位系统检测到这一问题,即刻将限位信号反馈至上位控制系统,系统发出警报,并执行相应保护措施。


  (3)伺服警报:当六自由度运动平台出现超载警报、电池警报、编码器通信警报、振动检测警报、散热系统过热警报等问题,系统会立即发出伺服警报,通过关闭伺服或指令脉冲禁止输入等动作,将伺服电机关闭,及时地保护运动平台。


  (4)人机界面:控制系统需提供一个用户使用的界面,操作简明,方便控制,该界面应包含:控制方案选择、参数初始化、基本指令输入输出等;平台的位置姿态和电动缸伸缩量、速度等反馈参量及其运动曲线的同步显示;伺服控制系统当前运行状态等。


  (5)急停装置:当系统发出严重故障问题警报时,若不能利用控制按键及时停止平台的运动,可以通过急停装置,直接切断整个系统电源,令平台立即停止运动,避免运动平台受到碰撞损坏等严重事故的发生。


  (6)寻零、定位:在人机界面上需要有控制按键,可以令平台自动回归到零点位置,或定位到空间限定范围内的任一位置。


  (7)自动检测:系统通电之后,即刻开始检测伺服控制系统各个构成模块是否正常运行,并将检测结果及时向上位机反馈报告。


  看了上面的介绍,关于六自由度运动平台的算法及功能设计大家应该都有所了解,如果大家想了解更多关于六自由度运动平台的知识可以随时联系我们。


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