6D動(dòng)感平臺(tái)

在航空航天、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域有很多承受復(fù)雜交變載荷的重要結(jié)構(gòu)件，為保證設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，需要在結(jié)構(gòu)件裝配工作之前進(jìn)行多自由度加載疲勞測(cè)試。六自由度加載平臺(tái)的任務(wù)便是來(lái)模擬試件運(yùn)行過(guò)程中的受力環(huán)境，對(duì)保證試件運(yùn)行的安全、穩(wěn)定性有非常重要的作用。本設(shè)計(jì)對(duì)基于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的加載平臺(tái)進(jìn)行了研究。

本文首先介紹了六自由度加載平臺(tái)基本原理與結(jié)構(gòu)組成，對(duì)六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和位姿正解/逆解的推導(dǎo)。然后使用 Matlab 和 Autodesk Inventor 建立了六自由度加載平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了單自由度、多自由度運(yùn)動(dòng)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(jù)設(shè)計(jì)需求對(duì)機(jī)電系統(tǒng)（電機(jī)、伸縮桿、力傳感器等部件）、控制系統(tǒng)（上位機(jī)控制系統(tǒng)、下位機(jī)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)）進(jìn)行了機(jī)電元器件選型，完成了基于STM32的六自由度加載平臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件、軟件和界面（GUI）設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)與Matlab平臺(tái)控制與通信、力傳感器信號(hào)調(diào)理與采集、伺服電機(jī)數(shù)據(jù)采集與閉環(huán)控制、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)與預(yù)警等功能。

本設(shè)計(jì)綜合了機(jī)械建模、數(shù)學(xué)建模、運(yùn)動(dòng)、Simulink 、電路設(shè)計(jì)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)對(duì)六自由度加載平臺(tái)進(jìn)行了研究，完成了六自由度加載平臺(tái)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試準(zhǔn)備，為今后的六自由度加載平臺(tái)實(shí)物調(diào)試奠定了一定基礎(chǔ)。

6D動(dòng)感平臺(tái)的特點(diǎn)

1、摩擦損失小、傳動(dòng)。

由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滑動(dòng)絲杠副的1/3,在省電方面很有幫助。

2、精度高。

滾珠絲杠副一般是用世界水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。

3、高速進(jìn)給和微進(jìn)給可能。

滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)的微進(jìn)給。

4、軸向剛度高。

滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng)）。

5、不能自鎖、具有傳動(dòng)的可逆性。

6D動(dòng)感平臺(tái)的基本功能

六自由度搖擺平臺(tái)的基本功能有哪些？包括運(yùn)動(dòng)姿態(tài)模擬、運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)定和運(yùn)動(dòng)信息顯示功能這三個(gè)功能，下面來(lái)看看具體的分析介紹。

1、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)模擬

電動(dòng)六自由度搖擺平臺(tái)具有六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，可以完成其可達(dá)運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)的任意運(yùn)動(dòng)姿態(tài)模擬。六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)既可以單獨(dú)動(dòng)作，也可任意多個(gè)自由度組合運(yùn)動(dòng)。

2、運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)定

搖擺平臺(tái)運(yùn)動(dòng)前，可先根據(jù)要求設(shè)定搖擺平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，設(shè)置參數(shù)包括：運(yùn)動(dòng)自由度選擇、所選自由度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、所選自由度的運(yùn)動(dòng)幅值、所選自由度的運(yùn)動(dòng)頻率、搖擺平臺(tái)上運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心。

3、運(yùn)動(dòng)信息顯示功能

搖擺平臺(tái)上位機(jī)軟件還可實(shí)時(shí)顯示搖擺平臺(tái)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，搖擺平臺(tái)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的三維動(dòng)畫(huà)顯示；搖擺平臺(tái)六根電動(dòng)缸的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度、位移曲線顯示；搖擺平臺(tái)六根電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)位置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。