大神们，有人能给我讲讲六自由度机械平台？

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大神们，有人能给我讲讲六自由度机械平台？

A...周东

　　六自由度运动仿真平台模拟器系统的组成是由Stewart多自由度运动平台，计算机控制系统，电机驱动系统等组成。底部平台固定在地面上，顶部平台用于支撑负载。通过计算机控制系统被编程为控制电动线性致动器的行程和速度，以实现运动平台在三维空间中的多自由度运动 。具体地说，运动平台可以自由地改变 位置， 例如 在三个 垂直轴上向前/向后(喘振)，向上/向下(升沉)，向左/向右(摇摆) 平移 ，并且通常通过绕三个垂直轴旋转来改变方向称为偏航(法向轴)，俯仰(横轴)和横滚(纵轴)。




　　六自由度Stewart运动平台具有以下特点：
　　1、南京全控六自由度平台由六个气缸同时支撑，刚性比串联机构的悬臂梁大，结构稳定，在相同自重或体积下具有高于串联机构的承载能力。
　　2、串联机构末端零件的误差是各关节的误差积累和放大，因此精度低、误差大，而采用并联机构的六自由度平台由于没有误差积累和放大，所以误差小、精度高。
　　3、六自由度平台采用对称型结构，各向同性好。
　　4、关于位置求解，串联机构很容易求出正解，但求逆解非常困难，使用并联机构的六自由度平台很难求出正解，求逆解非常容易，在线计算要求逆解，而并联机构容易实现。
　　5、软件部分主要包括用户接口程序、伺服算法程序、PID参数设定程序等。
　　6、电子控制部的作用是接收从控制系统输出的指令数据，并将其传输到伺服驱动器，司机放大信号控制电机的动作，带动电动缸，最终使底座实现各种姿势，包括机床、运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机、电阻表及相关电气部件等。
　　7、机器部分用于支撑载荷，包括上平台、上连接铰链、下连接铰链、电动缸、支撑架、基座等，平台由电动缸驱动，进行横向涡旋、偏航、俯仰3种姿势和x、y、z平移共六自由度的运动。
　　8、在六自由度平台的驱动系统中，伺服电动缸省略了中间的能量转换环节，使电机直接产生力和力矩，从而确定运动过程高效，具有体积小、响应快、使用方便、成本低的优点，不需要复杂的配管系统。
　　六自由度Stewart运动平台的主要应用：
　　1、运动模拟(飞行模拟、驾驶模拟、道路模拟、海浪模拟、地震模拟、空间对接地面试验);
　　2、并联机床;
　　3、并联机器人精密定位装置(微动机构、大规模集成电路加工、并联挖掘机械、空间装配机械手、大型望远镜、照相机聚焦等);
　　4、六维力矩传感器;
　　5、隔振平台(利用它的快速响应能力)。
　　六自由度Stewart运动平台的主要功能：
　　1、可实现位置模拟、正弦波模拟、单自由度和多自由度复合的正弦运动;
　　2、可实现对海浪谱、路谱和飞行谱的运动复现;
　　3、可将运动坐标系原点平移到试件的某一点;
　　4、具有精确零位锁定和运动范围内的任意位置锁定功能;
　　5、控制系统采用实时控制，控制系统应能实时记录六自由度平台台体运动参数并以三维动画重现试验过程;
　　6、具有独立的实时测量系统。

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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。

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