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發布時間：2021-09-29 15:49
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6D動感平臺
在航空航天、工業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境，對保證試件運行的安全、穩定性有非常重要的作用。本設計對基于六自由度并聯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，對六自由度并聯機構進行數學建模和位姿正解/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，根據設計需求對機電系統（電機、伸縮桿、力傳感器等部件）、控制系統（上位機控制系統、下位機控制系統、通信系統）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的硬件、軟件和界面（GUI）設計，實現了控制系統與Matlab平臺控制與通信、力傳感器信號調理與采集、伺服電機數據采集與閉環控制、系統運行狀態檢測與預警等功能。
本設計綜合了機械建模、數學建模、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。
動感平臺簡介
各主要部分簡述如下：
本設備主要由以下部分組成：運動上平臺、下平臺(基座)、電動缸及伺服電機、驅動器系統、綜合控制及監測系統。
各自功能如下：
上平臺：是有效載荷的安裝基面，提供六自由度的搖擺運動。
下平臺：是六自由度搖擺臺的安裝基面，需要承受足夠大的沖擊力。
電動缸及伺服電機：通過控制電動缸活塞桿的行程，實現運動平臺臺體的六自由度運動，共6套。
驅動器系統：接收用戶控制指令，通過控制伺服電機的輸入，對伺服電機的輸出轉速和轉角進行控制，達到控制電動缸活塞桿出速度和行程的目的，共6套。
綜合控制監測系統：硬件為用戶計算機，軟件為研制方配合開發;同時，它還對平臺的運動過程進行監測，預防和處理系統的異常情況。
6D動感平臺的算法
六軸定位系統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。并聯是指系統中所有運動機構同時運動實現一個目標位置。串聯是指系統中運動機構獨立運動，到一個目標位置。
并聯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；也有tripod結構，三條腿，一個支點，每個單腿另加XY平移機構。
串聯則較為簡單，六個獨立工作的平臺疊加到一起運動。關于優缺點：六軸并聯系統優點在于體積緊湊，沒有那么多線。串聯結構一層一層臺子，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。串聯結構的臺子負載能力不及并聯的。
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。
串聯結構的優點就比較簡單啦。并聯的旋轉是無法360度無限制旋轉的，并聯結構各個自由度的行程是非常受限的，串聯就不會。并且如果不是非要六軸，只要4軸或者5軸，串聯就可以比較隨意的增減搭配。
