6D動(dòng)感平臺(tái)

在航空航天、工業(yè)自動(dòng)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(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，需要在結(jié)構(gòu)件裝配工作之前進(jìn)行多自由度加載疲勞測(cè)試。六自由度加載平臺(tái)的任務(wù)便是來模擬試件運(yùn)行過程中的受力環(huán)境，對(duì)保證試件運(yùn)行的安全、穩(wěn)定性有非常重要的作用。本設(shè)計(jì)對(duì)基于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的加載平臺(tái)進(jìn)行了研究。

本文首先介紹了六自由度加載平臺(tái)基本原理與結(jié)構(gòu)組成，對(duì)六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)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(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了單自由度、多自由度運(yùn)動(dòng)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(jì)需求對(duì)機(jī)電系統(tǒng)（電機(jī)、伸縮桿、力傳感器等部件）、控制系統(tǒng)（上位機(jī)控制系統(tǒng)、下位機(jī)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)）進(jìn)行了機(jī)電元器件選型，完成了基于STM32的六自由度加載平臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件、軟件和界面（GUI）設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)與Matlab平臺(tái)控制與通信、力傳感器信號(hào)調(diào)理與采集、伺服電機(jī)數(shù)據(jù)采集與閉環(huán)控制、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)與預(yù)警等功能。

本設(shè)計(jì)綜合了機(jī)械建模、數(shù)學(xué)建模、運(yùn)動(dòng)、Simulink 、電路設(shè)計(jì)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)對(duì)六自由度加載平臺(tái)進(jìn)行了研究，完成了六自由度加載平臺(tái)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試準(zhǔn)備，為今后的六自由度加載平臺(tái)實(shí)物調(diào)試奠定了一定基礎(chǔ)。

動(dòng)感平臺(tái)簡介

各主要部分簡述如下：

本設(shè)備主要由以下部分組成：運(yùn)動(dòng)上平臺(tái)、下平臺(tái)(基座)、電動(dòng)缸及伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)、綜合控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

各自功能如下：

上平臺(tái)：是有效載荷的安裝基面，提供六自由度的搖擺運(yùn)動(dòng)。

下平臺(tái)：是六自由度搖擺臺(tái)的安裝基面，需要承受足夠大的沖擊力。

電動(dòng)缸及伺服電機(jī)：通過控制電動(dòng)缸活塞桿的行程，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)臺(tái)體的六自由度運(yùn)動(dòng)，共6套。

驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)：接收用戶控制指令，通過控制伺服電機(jī)的輸入，對(duì)伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，達(dá)到控制電動(dòng)缸活塞桿出速度和行程的目的，共6套。

綜合控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：硬件為用戶計(jì)算機(jī)，軟件為研制方配合開發(fā);同時(shí)，它還對(duì)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，預(yù)防和處理系統(tǒng)的異常情況。

6D動(dòng)感平臺(tái)概述

“六自由度”電動(dòng)模擬體育訓(xùn)練系統(tǒng)，可以讓運(yùn)動(dòng)員站在平臺(tái)上，在程序指令的控制下，切身體驗(yàn)高速滑行的落差感，以及及時(shí)糾正滑行姿態(tài)和過旗門的細(xì)節(jié)動(dòng)作，從而能夠提升自身的競技水平。更為重要的是，遠(yuǎn)動(dòng)員不僅降低了長途遠(yuǎn)征的時(shí)間成本，先進(jìn)的儀器也能保證每名隊(duì)員在短時(shí)間內(nèi)可進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)還不受自然環(huán)境的影響。

6D動(dòng)感平臺(tái)平臺(tái)操作維護(hù)注意事項(xiàng)

六自由度平臺(tái)在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)缸行程，對(duì)于行程極限、速度極限、加速度極限以及可能出現(xiàn)的不良沖擊能夠?qū)嵭邢尬缓捅Ｗo(hù)；具有過載保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)和短路保護(hù)；若電源故障突然斷電時(shí)，伺服電機(jī)可自動(dòng)抱閘，使平臺(tái)保持現(xiàn)有姿態(tài)靜止，防止沖擊。恢復(fù)供電重新啟動(dòng)后保證可正常工作。

六自由度平臺(tái)設(shè)置“緊急停止”功能，一旦實(shí)施緊急制動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)即刻停止運(yùn)動(dòng)，保持現(xiàn)有姿態(tài)靜止?，F(xiàn)將系統(tǒng)日常維護(hù)注意事項(xiàng)列舉如下：

a、主控制柜維護(hù)：

(a）、開機(jī)前，請(qǐng)檢查系統(tǒng) 380v電源是否正確接入，若輸入電源不正常，禁止開機(jī)。

(b）、每隔 1000 工作小時(shí)，需對(duì)控制柜進(jìn)行檢查，主要包括絕緣性檢查，電纜、螺栓老化性檢查等。

(c）、為確保平臺(tái)電控柜干燥，系統(tǒng)連電周期不應(yīng)超過 15 天。若連續(xù)停機(jī)超過 15 天，開機(jī)前需對(duì)控制柜進(jìn)行絕緣性檢查。

b、油脂潤滑系統(tǒng)

每隔 2000個(gè)工作小時(shí)，檢查油脂是否過少并及時(shí)補(bǔ)充。為了保證潤滑的充分，須使用專門的工具向其中補(bǔ)充潤滑脂。