大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動平臺的開發(fā)設(shè)計【六自由度并聯(lián)機(jī)械手運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)】【9張CAD圖紙+PDF圖】
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液壓與氣動
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度( 、 、 、、 )的運(yùn)動,從而可以模擬出各種空間 時解算,然后將解算結(jié)果送到 個單缸控制器,經(jīng)數(shù)
運(yùn)動平臺,筆者認(rèn)為,六自由度運(yùn)動平臺是液壓及控制
壓力,實踐證明,這種方法是可行有效的。
參考文獻(xiàn):
結(jié)論
[
在對壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計缺陷與故障現(xiàn)象進(jìn)行
分析的基礎(chǔ)上,對壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了工業(yè)自動化
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萬方數(shù)據(jù)
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大 型 數(shù)字 式 六 自 由 度 運(yùn) 動 平 臺 的 開 發(fā)
楊世祥 ,楊 濤 ,徐悅桐
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! 概述 " 傳統(tǒng)的伺服液壓控制六自由度運(yùn)動平臺
六自由度運(yùn)動平臺,由于有極為廣闊的應(yīng)用前景, 到目前為止,世界上所有國家和研制單位,大型平
近幾年,引起了國內(nèi)外科研、院校廣泛的研究興趣。六 臺都無一例外地采用了液壓伺服控制系統(tǒng)。國內(nèi)以幾
自由度運(yùn)動平臺是由 C 只液壓缸,上、下各 C 只萬向鉸 所名牌大學(xué)的研究水平較高,其控制原理基本相同,六
鏈和上、下 " 個平臺組成。下平臺固定在基礎(chǔ)上,借助 自由度平臺單缸控制框圖如圖 ! 所示。
C 只液壓缸的伸縮運(yùn)動,完成上平臺在空間 C 個自由 從圖中可看出,主控計算機(jī)是完成空間狀態(tài)的實
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運(yùn)動姿態(tài),可廣泛應(yīng)用到各種訓(xùn)練模擬器,如飛行模擬 模轉(zhuǎn)換后送給伺服放大器、伺服閥、伺服缸推動平臺運(yùn)
器、艦艇模擬器、海軍直升機(jī)起降模擬平臺、坦克模擬 動。伺服缸的位移和壓力通過 " 只傳感器并經(jīng)模 H 數(shù)
器、汽車駕駛模擬器、火車駕駛模擬器、地震模擬器,以 轉(zhuǎn)換后送給計算機(jī),完成閉環(huán)控制。該伺服系統(tǒng)最大
及動感電影、娛樂設(shè)備等領(lǐng)域,甚至可用到空間宇宙飛 的難點是傳遞環(huán)節(jié)多、控制過于復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、可靠
船的對接,空中加油機(jī)的加油對接中。在加工業(yè)可制 性差、伺服閥抗干擾、抗污染能力弱、故障率高,因而國
成六軸聯(lián)動機(jī)床、靈巧機(jī)器人等。由于六自由度運(yùn)動 內(nèi)盡管許多單位進(jìn)行了研制,但大面積推廣的卻始終
平臺的研制涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、計算機(jī)、傳感 不多。
器,空間運(yùn)動數(shù)學(xué)模型、實時信號傳輸處理、圖形顯示、 # 六自由度平臺控制的空間狀態(tài)解算
動態(tài)仿真等一系列高科技領(lǐng)域,因而六自由度運(yùn)動平 (!)順解(順向解):即己知 C 只液壓缸的長度,求
臺的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領(lǐng) 解平臺姿態(tài),到目前為止,還沒有直接中的 正解方程
域中水平的標(biāo)志性象征。國外某大型液壓公司的總部 式,只能采用疊代方法,利用計算機(jī)快速運(yùn)算的特點和
大廳里,向客人展示水平的第一個標(biāo)志就是六自由度
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技術(shù)領(lǐng)域的皇冠級產(chǎn) 品,掌握了它,在液壓和控 制領(lǐng) 作者簡介 :楊世祥(!AF>—),男,重 慶人,教授級 高工,主要 從
域,基本上就沒有了難題。以下介紹它的開發(fā)過程。 事數(shù)字液壓技術(shù)的開發(fā)研究和推廣應(yīng)用工作。
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開啟壓力;二是降低系統(tǒng)的 壓力并減小系統(tǒng) 的流量。 試中出現(xiàn)的問題和故障,通過系統(tǒng)與元件的原理分析,
由于充液閥的預(yù)卸荷閥很小,改造的余地不大,所以選 找出了發(fā)生故障的原因,并加以解決,實踐證明改造是
擇第二種方案。為了降低系統(tǒng)的壓力,在充液閥的控 很成功的。
制油路中安裝了一個節(jié)流閥,通過調(diào)整節(jié)流閥來降低
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改造,降低了能耗并縮短了工作周期。而且,還針對調(diào) 除[K]I液壓與氣動,"BB" G( )I
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液壓與氣動
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圖
平臺單缸控制方框圖
圖
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實際平臺
萬方數(shù)據(jù)
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上鉸鏈的結(jié)構(gòu)條件約束來逼近求解平臺姿態(tài)。此為順
解。
(!)反解(逆向解):描述一個剛體在空間旋轉(zhuǎn)的
姿勢,最常使用的方法是定義 " 個歐拉角來表達(dá),當(dāng)剛
體旋轉(zhuǎn)至某一姿勢下,此 " 個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
長度,為了讓平臺上的液壓缸在同一時間運(yùn)動到新的
位置,# 只缸的運(yùn)動速度是不相同的,這個問題的解決
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)動長度數(shù)值送入,控制器能按所要求的
時間,自動分配 # 只缸的運(yùn)動速度,同時到達(dá)終點;第
二種方法是自己編制運(yùn)動速度方程,采用長度的最小
公倍數(shù)方法分配速度,也可達(dá)到同樣目的。
# 六自由度平臺的全數(shù)字控制
為了攻克六自由度運(yùn)動平臺的應(yīng)用難關(guān),北京億
美博科技有限公司采用了自行開發(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)和國家重
點新產(chǎn)品項目),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,形成自動位置反饋和速度反饋。數(shù)字缸可以直接
接受計算機(jī)發(fā)出的數(shù)字脈沖信號進(jìn)行可靠的工作。脈
沖頻率代表數(shù)字缸運(yùn)動速度,脈沖總數(shù)代表數(shù)字缸運(yùn)
動行程,一一對應(yīng),將復(fù)雜的閉環(huán)控制變成了簡單的開
環(huán)控制。我們與某軍事院校合作,聯(lián)合開發(fā)了載重量
’ 噸和 ( 噸的數(shù)字式六自由度運(yùn)動平臺,它的控制框
圖和實際平臺圖照片見圖 )* 和圖 !。
比較圖 )+ 和圖 )* 可知,控制原理大大簡化,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
!
!
以提高。整個六自由度運(yùn)動平臺無任何液壓控制元件
和傳感器,系統(tǒng)構(gòu)成十分簡單。平臺運(yùn)動的錄像可在
,,,- +./.0.1- 12/ % 345 網(wǎng)站觀看。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) 位移(單自由度) 速度 加速度
6 "7 8.9 6 ": 8.9 6 !: 8.9% 3 6 "7: 8.9 % 3
6 ’: 8.9 6 "7 8.9 6 !’ 8.9% 3 6 )’: 8.9 % 3
升降 6 :- #: / 6 : - #: / 6 : - ’: / % 3 ; ) - :!
橫向移動 6 : - 7 / 6 : - ’ / 6 : - "# / % 3 ; : - #!
縱向擺動 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)字液壓缸與專門配套研制的數(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)超過傳統(tǒng)的液壓
控制技術(shù),成功應(yīng)用的實例有: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(均列入過國
家攻關(guān)項目),帶鋼厚度控制(微米級精度);水電領(lǐng)域
中的水輪機(jī)調(diào)速控制;機(jī)械領(lǐng)域的大型無齒鋸多點速
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) :<)= )、軍艦
舵機(jī)控制、減搖稽控制;模擬器領(lǐng)域的六自由度平臺控
制等一系列疑難控制,均取得了十分理想的效果。
& 結(jié)論
用數(shù)字技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例技術(shù)和伺服技術(shù),用
在六自由度平臺和其他許多系統(tǒng)上,都取得了很好的
結(jié)果,數(shù)字技術(shù)具有簡單、可靠、方便、實用等一系列優(yōu)
點,特別適合惡劣的工作環(huán)境。 !
刊名:
大型數(shù)字式六自由度運(yùn)動平臺的開發(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,北京菜戶營東街甲88號鵬潤-文苑B座2906,100054
液壓與氣動
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(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
度動感電影系統(tǒng)研制[期刊論文]-電氣自動化2006,28(1)
2. 汪漢生 六自由度平臺設(shè)計及控制方法研究[學(xué)位論文]2008
3. 李峰 自行車仿真器中力反饋技術(shù)的研究與實現(xiàn)[學(xué)位論文]2007
4. 許世林 動感環(huán)幕電影控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[學(xué)位論文]2004
5. 甘紅勝.殷躍紅.劉偉偉.印松 虛擬環(huán)境中六維動感平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計[期刊論文]-機(jī)電工程2003,20(4)
6. 高峰 六自由度運(yùn)動平臺伺服系統(tǒng)研究[學(xué)位論文]2004
7. 張代義 艦船運(yùn)動模擬器技術(shù)研究[學(xué)位論文]2005
引證文獻(xiàn)(5條)
1.肖志權(quán).邢繼峰.彭利坤.朱石堅 數(shù)字式6-DOF運(yùn)動平臺運(yùn)動不平穩(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.倪小鵬 基于ADAMS的六自由度液壓動感平臺建模及運(yùn)動學(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)微動激振臺的設(shè)計[期刊論文]-機(jī)械設(shè)計與研究
2011(4)
5.郭宏偉 三自由度重型搖擺試驗臺的設(shè)計與研究[學(xué)位論文]碩士 2005
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