六自由度運動平臺,由上、下平臺和六個可伸縮的電動缸組成。上、下平臺與電動缸之間,分別通過虎克鉸或球鉸相連,因此上、下平臺分別有6個連接點。上平臺為動平臺,在六個電動缸的驅動下進行空間中的六自由度運動,下平臺為靜平臺,靜止不動,上、下平臺為相似的六邊形,如下圖所示。六自由度并聯(lián)機構具有速度快、負載大、精度高等特點,該結構作為運動平臺有著廣泛的應用空間。。另外,還有六自由度搖擺臺的基本功能大家了解嗎?包括運動姿態(tài)模擬、運動參數(shù)設定和運動信息顯示功能這三個功能,下面來看看具體的分析介紹吧。
六自由度運動平臺的算法
六軸定位系統(tǒng)強調的是六軸以及定位。六軸指能完成六個自由度運動的電動設備。具體包括XY水平運動,z上下運動,旋轉,以及兩個方向上的搖擺。
定位是指對運動精度有要求的設備。并聯(lián)是指系統(tǒng)中所有運動機構同時運動實現(xiàn)一個目標位置。串聯(lián)是指系統(tǒng)中運動機構獨立運動,到一個目標位置。
并聯(lián)的結構常見的是六個腿,六個支點同時推動一個運動面,變腿長式或者單腿加關節(jié);也有tripod結構,三條腿,一個支點,每個單腿另加XY平移機構。
串聯(lián)則較為簡單,六個獨立工作的平臺疊加到一起運動。關于優(yōu)缺點:六軸并聯(lián)系統(tǒng)優(yōu)點在于體積緊湊,沒有那么多線。串聯(lián)結構一層一層臺子,疊六層,每加一層,對底層臺子的負載能力要求就增加一些,體積也會變大。串聯(lián)結構的臺子負載能力不及并聯(lián)的。
并且六個臺子有十幾根線做通訊和供電用的,非?;靵y。六軸并聯(lián)機構是通過一個矩陣換算方式分解一個目標位置的。所以可以很好的避免疊加誤差,提高重復精度。
串聯(lián)結構的優(yōu)點就比較簡單啦。并聯(lián)的旋轉是無法360度無限制旋轉的,并聯(lián)結構各個自由度的行程是非常受限的,串聯(lián)就不會。并且如果不是非要六軸,只要4軸或者5軸,串聯(lián)就可以比較隨意的增減搭配。
六自由度運動平臺的功能設計
從控制角度看,六自由度運動平臺控制系統(tǒng)是一種電動伺服控制系統(tǒng)。要對其進行控制系統(tǒng)的總體設計,就必須先明確該系統(tǒng)的結構特性與工作原理,分析該系統(tǒng)應當包含的功能模塊。然后基于其功能需求,設計出整個系統(tǒng)所需的硬件模塊,畫出控制系統(tǒng)構成圖。而后對硬件部分和軟件部分分別進行設計和規(guī)劃,從而完成六自由度運動平臺控制系統(tǒng)的總體功能設計。
在實際控制過程中,主控單元需要頻繁地執(zhí)行正反解、軌跡規(guī)劃求解等計算任務,且這些任務的計算量都比較大。此外,完備的控制系統(tǒng)還應包括人機交互、實時數(shù)據(jù)存儲等功能。
(1)位置控制:本文采用的控制方式主要是位置控制,當系統(tǒng)發(fā)出指令時,平臺的六個電動缸能夠按照指令,在系統(tǒng)限定范圍內進行伸縮運動,使運動平臺實現(xiàn)空間中六個自由度的目標運動。
(2)限位系統(tǒng):當六自由度運動平臺的某個電動缸超過其運動范圍時,必須有限位系統(tǒng)檢測到這一問題,即刻將限位信號反饋至上位控制系統(tǒng),系統(tǒng)發(fā)出警報,并執(zhí)行相應保護措施。
(3)伺服警報:當六自由度運動平臺出現(xiàn)超載警報、電池警報、編碼器通信警報、振動檢測警報、散熱系統(tǒng)過熱警報等問題,系統(tǒng)會立即發(fā)出伺服警報,通過關閉伺服或指令脈沖禁止輸入等動作,將伺服電機關閉,及時地保護運動平臺。
(4)人機界面:控制系統(tǒng)需提供一個用戶使用的界面,操作簡明,方便控制,該界面應包含:控制方案選擇、參數(shù)初始化、基本指令輸入輸出等;平臺的位置姿態(tài)和電動缸伸縮量、速度等反饋參量及其運動曲線的同步顯示;伺服控制系統(tǒng)當前運行狀態(tài)等。
(5)急停裝置:當系統(tǒng)發(fā)出嚴重故障問題警報時,若不能利用控制按鍵及時停止平臺的運動,可以通過急停裝置,直接切斷整個系統(tǒng)電源,令平臺立即停止運動,避免運動平臺受到碰撞損壞等嚴重事故的發(fā)生。
(6)尋零、定位:在人機界面上需要有控制按鍵,可以令平臺自動回歸到零點位置,或定位到空間限定范圍內的任一位置。
(7)自動檢測:系統(tǒng)通電之后,即刻開始檢測伺服控制系統(tǒng)各個構成模塊是否正常運行,并將檢測結果及時向上位機反饋報告。
看了上面的介紹,關于六自由度運動平臺的算法及功能設計大家應該都有所了解,如果大家想了解更多關于六自由度運動平臺的知識可以隨時聯(lián)系我們。