6D動感平臺

在航空航天、工業(yè)自動化等領(lǐng)域有很多承受復(fù)雜交變載荷的重要結(jié)構(gòu)件，為保證設(shè)備的長時間穩(wěn)定運行，需要在結(jié)構(gòu)件裝配工作之前進行多自由度加載疲勞測試。六自由度加載平臺的任務(wù)便是來模擬試件運行過程中的受力環(huán)境，對保證試件運行的安全、穩(wěn)定性有非常重要的作用。本設(shè)計對基于六自由度并聯(lián)機構(gòu)的加載平臺進行了研究。

本文首先介紹了六自由度加載平臺基本原理與結(jié)構(gòu)組成，對六自由度并聯(lián)機構(gòu)進行數(shù)學(xué)建模和位姿正解/逆解的推導(dǎo)。然后使用 Matlab 和 Autodesk Inventor 建立了六自由度加載平臺的機械結(jié)構(gòu)模型，并對其進行運動，實現(xiàn)了單自由度、多自由度運動情況下位姿逆解、位置式 PID 控制、位姿迭代求正解和工作空間求解等。

之后，根據(jù)設(shè)計需求對機電系統(tǒng)（電機、伸縮桿、力傳感器等部件）、控制系統(tǒng)（上位機控制系統(tǒng)、下位機控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)）進行了機電元器件選型，完成了基于STM32的六自由度加載平臺控制系統(tǒng)的硬件、軟件和界面（GUI）設(shè)計，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)與Matlab平臺控制與通信、力傳感器信號調(diào)理與采集、伺服電機數(shù)據(jù)采集與閉環(huán)控制、系統(tǒng)運行狀態(tài)檢測與預(yù)警等功能。

本設(shè)計綜合了機械建模、數(shù)學(xué)建模、運動、Simulink 、電路設(shè)計、嵌入式軟件設(shè)計對六自由度加載平臺進行了研究，完成了六自由度加載平臺電氣系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試準備，為今后的六自由度加載平臺實物調(diào)試奠定了一定基礎(chǔ)。

6D動感平臺的特點

1、摩擦損失小、傳動。

由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滑動絲杠副的1/3,在省電方面很有幫助。

2、精度高。

滾珠絲杠副一般是用世界水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。

3、高速進給和微進給可能。

滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)的微進給。

4、軸向剛度高。

滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強）。

5、不能自鎖、具有傳動的可逆性。

6D動感平臺的應(yīng)用功能

1、模擬飛機三個自由度的運動，包括俯仰、（右傾）滾轉(zhuǎn)、垂直升降運動；

2、模擬飛機各種飛行條件的變化引起的運動，如大氣擾動和發(fā)射等；

3、模擬著陸接地姿態(tài)和碰撞以及使用剎車時出現(xiàn)的運動；

4、模擬在接近真實飛機頻率處的振動和抖振以及大氣紊流在對應(yīng)自由度上引起的抖振。