6D動感平臺

在航空航天、工業(yè)自動化等領域有很多承受復雜交變載荷的重要結構件，為保證設備的長時間穩(wěn)定運行，需要在結構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。本設計對基于六自由度并聯(lián)機構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構組成，對六自由度并聯(lián)機構進行數(shù)學建模和位姿正解/逆解的推導。然后使用 Matlab 和 Autodesk Inventor 建立了六自由度加載平臺的機械結構模型，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)檢測與預警等功能。

本設計綜合了機械建模、數(shù)學建模、運動、Simulink 、電路設計、嵌入式軟件設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)的設計與調試準備，為今后的六自由度加載平臺實物調試奠定了一定基礎。

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動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結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備連貫生產出來的，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壓，由于預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動感平臺的應用功能

1、模擬飛機三個自由度的運動，包括俯仰、（右傾）滾轉、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自由度上引起的抖振。