关于六自由度平台，你了解多少?

SOHO1988

一、并联结构的提出



        并联结构的提出和应用研究则开始于70年代，不过到1962年才出现相关的文字报告。1965年六自由度平台是英国工程师Stewart于1965年在他的论文《A Platform with 6 degrees freedom》中作为一种六轴并联式空间机构的设计提出的，因此六自由度平台又称Stewart平台。在制作飞行模拟器后，Stewart机构逐渐成为飞行摸拟器的标准机构。到70年代初，美国NASA等研究中心公布了6-DOF并联式平台的研究成果，相继出现了6-DOF并联机构运动平台的飞行模拟器，1974年，美国制定了空勤人员训练模拟器6-DOF并联式运动平台系统军用标准MIL-STD-1588。此后6-DOF并联式运动平台己趋向标准化、系列化生产阶段。1978年澳大利亚著名的机构学专家教授Hunttichu针对串联机械手刚度差、承载能力弱、有累积误差、反解求解困难等缺点，提出并联构型的概念，并将Gough-Stewart 机构应用到工业机器人领域。从此并联机构开始越来越广泛地应用于误差补偿装置、工业机械手、空间对接技术、飞行模拟驾驶舱、地震模拟体验台等重载荷和大加速度的应用场合。

二、仿真模拟平台分类与优缺点

      仿真模拟平台按驱动方式分为三种：气动平台、液压平台、电动平台;按自由度可分为三自由度平台和六自由度平台。
气压平台
　　关键部件为气压缸、气动电磁阀和空压机。其具有结构简单，耗电适中，价格低廉，无污染，动作响应速度快，工作可靠，便于维护，寿命长，适应温度范围广。缺点是动力较小、噪声大、平台运行速度不均匀等。
液压平台
　　关键部件为液压缸、液压电磁阀(可分为开关阀和比例阀两类)和液压泵站。动力在三者中最大，适用于高载的情况。其价格中等、动作相对气动平台来说要缓和，噪音低;
电动平台
　　关键部件为电动缸、减速机、伺服电机、伺服电机驱动器、运动控制卡等，一般有三自由度和六自由度两种。动力大小仅次于液压平台。其具有响应速度快，灵敏度高，控制精确，结构简单，可靠性高，噪音小，清洁卫生，便于维护。唯一缺点就是控制电路复杂，成本较高。

自由度	价格	噪音	动力	响应速度	环境适应性	耗电情况	其他
气压平台	三/六自由度	便宜	较大	小	响应快	温度范围广/220V即可	中等	卫生
液压平台	三/六自由度	便宜	中等	最大	动作平稳动作响应慢	不适合低温/需380v	耗电	体积大/重量高
电动平台	三/六自由度	贵	无	较大但次于液压平台	响应快/高速度/灵敏度高	温度范围广/220V即可	省电	卫生/灵巧/部件较少

       在六自由度平台的驱动系统中，电动驱动由于省去了能量的中间转换环节，电动机直接产生力和力矩，运动过程确定性好，效率高，没有复杂的管路系统具有高紧凑型，反应灵敏使用方便且成本较低。电动驱动方式具有以上较多的优点，所以该驱动方式在工业控制领域使用较为广泛。
　　电动驱动控制系统中电动机的类型较多，包括步进电动机、交流伺服电动机、无刷直流伺服电动机等。交流伺服同步电动机是由正弦波信号控制，转矩脉动小;同时电机的体积较小，惯量小，转动平滑，而且电机快速响应性好、输出转矩大、反应灵敏、易于实现精确控制，所以采用电动驱动方式，动力装置选用交流伺服同步电机。
三、六自由度平台

       六自由度运动平台是由六支电动缸，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。可广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中。在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。由于六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域，因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。