六自由度平台.pptx

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1、六自由度平台本报告主要内容1.六自由度运动平台的发展2.运动平台的物理建模和数学建模3.运动平台的控制系统并联机构并联机构（ParallelMechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构与串联机构比较从机构运动学来看，并联机构（ParallelMechanism）和串联（SerialMechanism）机构存在对偶关系，串联机构正解简单，反解复杂；并联机构正解复杂，反解简单。串联机构原理基于模拟人上肢的功能，早期工业机器人大多数为串联形式，

2、其结构简单、工作空间大，但刚度低、承载能力低，并且由于串联的原因操作臂的输出误差是各关节的误差积累和放大。并联机构刚度重量比高、惯性小、承载力大、高速、无累积误差，但其工作空间相对同等尺寸规模的串联机构较小。六自由度平台六自由度运动平台是用于飞行器、运动器（如飞机、车辆）模拟训练的动感模拟装置，是一种并联运动机构，它通过改变六个可以伸缩的作动筒来实现平台的空间六自由度运动（垂直向、横向、纵向、俯仰、滚转、摇摆），即X、Y、Z方向的平移和绕X、Y、Z轴的旋转运动，以及这些自由度的复合运动。六自由度平台的特点(1)六自由度平台由六个缸同时支撑，与串联机构

3、的悬臂梁相比，刚度大，结构稳定，在相同的自重或体积下有比串联机构高的承载能力；(2)串联机构末端件上的误差是各个关节误差的积累和放大，因而其精度低，误差大，而采用并联机构的六自由度平台没有误差积累和放大，因此误差小、精度高；(3)六自由度平台采用对称式结构，各向同性好；(4)在位置求解方面，串联机构求正解容易，但求反解十分困难，而采用并联机构的六自由度平台求正解困难，求反解却非常容易。在线实时计算时是要求反解，相比之下，并联机构容易实现。六自由度平台发展1965年：英国工程师Stewart提出六轴并联式空间机构70年代初：美国出现6-DOF并联机构运

4、动平台的飞行模拟器并制定系统标准此后六自由度运动平台己趋向标准化、系列化生产阶段1978年：澳大利亚机构学专家Hunt.KH提出平台机构用作并联机器人的主要机构。Mac.Callion和Pham在1979年首次利用这种机构设计出了用于装配的机器人，从此拉开了并联机器人研究的序幕进入80年代特别是90年代以来，六自由度运动平台越来越广泛的应用于机器人、并联机床、空间对接技术、航空航海设备、摇摆模拟以及娱乐设施上。六自由度平台结构六自由度平台是由六根带驱动器的可伸缩杆通过球铰和固定平台联接，通过胡克铰与运动平台相连形成的并联机构，动平台和固定平台上的铰链

5、成六边形分布胡克铰位于上平台与六个支链连接处，对保证平台的正常运行和整个结构的刚度起着关键作用六自由度运动平台的结构参数主要有5个，上铰点分布圆半径Rp、上铰点分布角αi、下铰点分布圆半径Rb、下铰点分布角βi和平台处于零位时上下较点高度H;虎克铰结构参数主要是摆角α，β。六自由度平台建模静坐标系oxyz的原点位于下平台六个铰支点的外接圆圆心,平面与下平台的六个铰支点所在的面重合,oy与oB1重合，方向如图所示。动坐标系ox1y1z1原点位于上平台基圆圆心，与上平台的六个铰支点所在的面重合，oy1与oA1重合，方向如图所示。六自由度平台反解运动学反解

6、就是已知六自由度平台位姿求解各缸的伸长量。六自由度平台的姿态角一般是用欧拉角来表示的，其变换矩阵为：已知六自由度平台上铰点的坐标以及，h为零位时平台的高度。所以上铰点在静坐标中的坐标：已知六自由度平台下铰点的坐标那么可以求得缸长（上铰点与下铰点之间的距离）：六自由度平台正解六自由度平台的位置正解，是在已知六个液压缸的伸长量的情况下，求解运动平台的位置和姿态。设为六自由度平台位姿变化矢量，正解的矢量方程式为：非线性方程组线性化将上述矢量函数在处泰勒展开，并取其线性部分则可表示为：令左边等于零可以得到迭代公式：代入可得到迭代式：上式矩阵为其雅可比矩阵。六

7、自由度平台系统液压运动平台具有结构简单、可靠、技术成熟、成本低等优点，特别是在传输到模拟座舱内的低噪声、良好的加速度性和运动的平滑性、长寿命等方面，在飞行模拟器上应用液压运动平台更具有优势电动运动平台是新技术的应用，平台有着清洁、整洁等优点，特别是运动精度方面，更是液压运动平台无法比拟的，因而它广泛应用在武器研发、数控机床、医疗手术、航天对接等方面六自由度平台控制上位机通过网卡给主控计算机发送指令，主控计算机接收到有关模拟平台运动参数的指令后，经过空间运动模型变换，运用平台反解解出六只电动缸的伸长量，PCL841启动现场CAN进行传输，由驱动器内部P

8、C得到信息并驱动电动机转动。而安装在电动机上的编码器、检测出电动机的力矩，速度，位置信息并发送到驱动器，构成