大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)【六自由度并聯(lián)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)】【9張CAD圖紙+PDF圖】
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大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)楊世祥!, 楊濤!, 徐悅桐#$% &%()*+%,- ). -$% &/0/-1( 2/34&56 2-%718- 9(1-.)8+:1,0 2$/43/1,0!, :1,0 #1)!, ; : 號(hào)鵬潤(rùn) ? 文苑 座 ABC!BBBDE電話(huà):(B!B) CFFF!ACC)中圖分類(lèi)號(hào): #9GF文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: 文章編號(hào): !BBB4ED (BBF) B4BBEC4B!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(guó)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(wàn)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(chē)駕駛模擬器、 火車(chē)駕駛模擬器、 地震模擬器, 以及動(dòng)感電影、 娛樂(lè)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(guó)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(méi)有了難題。以下介紹它的開(kāi)發(fā)過(guò)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(guó)家和研制單位, 大型平臺(tái)都無(wú)一例外地采用了液壓伺服控制系統(tǒng)。國(guó)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(guò) 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(guò)于復(fù)雜、 調(diào)試?yán)щy、 可靠性差、 伺服閥抗干擾、 抗污染能力弱、 故障率高, 因而國(guó)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(zhǎng)度, 求解平臺(tái)姿態(tài), 到目前為止, 還沒(méi)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: BBF4BD4E作者簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)研究和推廣應(yīng)用工作。開(kāi)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(guò)調(diào)整節(jié)流閥來(lái)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(wèn)題和故障, 通過(guò)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(jué)I新編液壓工程手冊(cè) J I北京: 北京理工大學(xué)出版社, !AAI 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(wàn)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(lái)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(shì), 最常使用的方法是定義 個(gè)歐拉角來(lái)表達(dá), 當(dāng)剛體旋轉(zhuǎn)至某一姿勢(shì)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(zhǎng)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(wèn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(kāi)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(guó)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、 $%& 轉(zhuǎn)換和 &%$ 轉(zhuǎn)換等諸多環(huán)節(jié), 它是將傳感器、 數(shù)字閥等全部做到液壓缸內(nèi)部, 形成自動(dòng)位置反饋和速度反饋。數(shù)字缸可以直接接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行可靠的工作。脈沖頻率代表數(shù)字缸運(yùn)動(dòng)速度, 脈沖總數(shù)代表數(shù)字缸運(yùn)動(dòng)行程, 一一對(duì)應(yīng), 將復(fù)雜的閉環(huán)控制變成了簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制。我們與某軍事院校合作, 聯(lián)合開(kāi)發(fā)了載重量 噸和 ( 噸的數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái), 它的控制框圖和實(shí)際平臺(tái)圖照片見(jiàn)圖 )* 和圖 !。比較圖 )+ 和圖 )* 可知, 控制原理大大簡(jiǎn)化, 不但系統(tǒng)響應(yīng)速度加快, 而且故障率也大為降低, 可靠性得圖 $實(shí)際平臺(tái)以提高。整個(gè)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)無(wú)任何液壓控制元件和傳感器, 系統(tǒng)構(gòu)成十分簡(jiǎn)單。平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的錄像可在,-+./.0.1-12/%345 網(wǎng)站觀(guān)看。它的性能指標(biāo)如表 )所示。表 !性能指標(biāo)自由度位移 (聯(lián)合運(yùn)動(dòng)) 位移 (單自由度)速度加速度俯仰6 7 8.96 : 8.96 !: 8.9%3 6 7: 8.9%3!滾轉(zhuǎn)6 : 8.96 7 8.96 ! 8.9%3 6 ): 8.9%3!升降6 :-#: /6 :-#: /6 :-: /%3; )-:!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(zhuān)門(mén)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(chǎng)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(guó)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(guò)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(guò)國(guó)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(wú)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(wàn)方數(shù)據(jù)大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的開(kāi)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(hù)營(yíng)東街甲88號(hào)鵬潤(rùn)-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(guò)(7條)本文讀者也讀過(guò)(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20083. 李峰 自行車(chē)仿真器中力反饋技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)學(xué)位論文20074. 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20045. 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20047. 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)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(guó).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:http:/
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