6D動感平臺

在航空航天、工業(yè)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(wěn)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(huán)境，對保證試件運行的安全、穩(wěn)定性有非常重要的作用。本設計對基于六自由度并聯(lián)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(lián)機構進行數(shù)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(xiàn)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(jù)設計需求對機電系統(tǒng)（電機、伸縮桿、力傳感器等部件）、控制系統(tǒng)（上位機控制系統(tǒng)、下位機控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)）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(tǒng)的硬件、軟件和界面（GUI）設計，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)與Matlab平臺控制與通信、力傳感器信號調(diào)理與采集、伺服電機數(shù)據(jù)采集與閉環(huán)控制、系統(tǒng)運行狀態(tài)檢測與預警等功能。

本設計綜合了機械建模、數(shù)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(tǒng)的設計與調(diào)試準備，為今后的六自由度加載平臺實物調(diào)試奠定了一定基礎。

6D動感平臺的特點

1、摩擦損失小、傳動。

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運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結果所需的動力為使用滑動絲杠副的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械設備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。

3、高速進給和微進給可能。

滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)的微進給。

4、軸向剛度高。

滾珠絲杠副可以加與預壓，由于預壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強）。

5、不能自鎖、具有傳動的可逆性。

6D動感平臺的基本功能

六自由度搖擺平臺的基本功能有哪些？包括運動姿態(tài)模擬、運動參數(shù)設定和運動信息顯示功能這三個功能，下面來看看具體的分析介紹。

1、運動姿態(tài)模擬

電動六自由度搖擺平臺具有六個自由度的運動，可以完成其可達運動空間內(nèi)的任意運動姿態(tài)模擬。六個自由度的運動既可以單獨動作，也可任意多個自由度組合運動。

2、運動參數(shù)設定

搖擺平臺運動前，可先根據(jù)要求設定搖擺平臺的運動參數(shù)，設置參數(shù)包括：運動自由度選擇、所選自由度的運動規(guī)律、所選自由度的運動幅值、所選自由度的運動頻率、搖擺平臺上運動平臺的回轉中心。

3、運動信息顯示功能

搖擺平臺上位機軟件還可實時顯示搖擺平臺當前的運動狀態(tài)，搖擺平臺運動姿態(tài)的三維動畫顯示；搖擺平臺六根電動缸的實時運動速度、位移曲線顯示；搖擺平臺六根電動缸的運動位置實時數(shù)據(jù)顯示。