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(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，實現了控制系統(tǒng)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(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(tǒng)、綜合控制及監(jiān)測系統(tǒng)。

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(tǒng)：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(jiān)測系統(tǒng)：硬件為用戶計算機，軟件為研制方配合開發(fā);同時，它還對平臺的運動過程進行監(jiān)測，預防和處理系統(tǒng)的異常情況。

6D動感平臺概述

“六自由度”電動模擬體育訓練系統(tǒng)，可以讓運動員站在平臺上，在程序指令的控制下，切身體驗高速滑行的落差感，以及及時糾正滑行姿態(tài)和過旗門的細節(jié)動作，從而能夠提升自身的競技水平。更為重要的是，遠動員不僅降低了長途遠征的時間成本，先進的儀器也能保證每名隊員在短時間內可進行反復訓練，同時還不受自然環(huán)境的影響。

6D動感平臺平臺操作維護注意事項

六自由度平臺在運行過程中，系統(tǒng)實時檢測電動缸行程，對于行程極限、速度極限、加速度極限以及可能出現的不良沖擊能夠實行限位和保護；具有過載保護、過流保護、過壓保護和短路保護；若電源故障突然斷電時，伺服電機可自動抱閘，使平臺保持現有姿態(tài)靜止，防止沖擊?；謴凸╇娭匦聠雍蟊ＷC可正常工作。

六自由度平臺設置“緊急停止”功能，一旦實施緊急制動，則運動平臺即刻停止運動，保持現有姿態(tài)靜止。現將系統(tǒng)日常維護注意事項列舉如下：

a、主控制柜維護：

(a）、開機前，請檢查系統(tǒng) 380v電源是否正確接入，若輸入電源不正常，禁止開機。

(b）、每隔 1000 工作小時，需對控制柜進行檢查，主要包括絕緣性檢查，電纜、螺栓老化性檢查等。

(c）、為確保平臺電控柜干燥，系統(tǒng)連電周期不應超過 15 天。若連續(xù)停機超過 15 天，開機前需對控制柜進行絕緣性檢查。

b、油脂潤滑系統(tǒng)

每隔 2000個工作小時，檢查油脂是否過少并及時補充。為了保證潤滑的充分，須使用專門的工具向其中補充潤滑脂。