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六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)械部分控制原理和構(gòu)成

發(fā)布時(shí)間：2020-05-11 11:25:11

　　六自由度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)ACE6 TecPlat由Mechanics機(jī)械本體和Servos伺服控制系統(tǒng)組成。機(jī)械本體設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接決定了平臺(tái)工作空間、帶載能力、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)態(tài)精度等性能，而良好的伺服控制系統(tǒng)TecLab設(shè)計(jì)則是確保平臺(tái)達(dá)到其設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)，甚至能夠在一定程度上提高平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由如圖所示的七部分組成：

圖3.2.1 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

　　1平臺(tái)上底板、2上鉸支座連接座、3上鉸支座組件、4電動(dòng)缸組件、5下鉸支座組件、6下鉸支座連接座、7平臺(tái)下底板。

　　3.2.2 框架和鉸接件

　　ACE6平臺(tái)系統(tǒng)由采用TecPlat Stewart機(jī)構(gòu)的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)方式。六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的下平臺(tái)安裝在地面上。其中上平臺(tái)為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，它由六只電動(dòng)缸支承，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與電動(dòng)缸采用12個(gè)虎克鉸連接，上下平臺(tái)與虎克鉸之間采用六個(gè)固定基座做橋接。

　　上平臺(tái)是有效載荷的安裝基面，其提供六自由度的搖擺運(yùn)動(dòng)。下平臺(tái)是TecPlat六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的安裝基面，需要有足夠的強(qiáng)度和承受足夠大的沖擊力。

　　下平臺(tái)采用型鋼焊接，確保尺寸足以支撐上層整體結(jié)構(gòu)，不會(huì)出現(xiàn)頭重腳輕等傾覆性安全隱患。設(shè)計(jì)有聯(lián)結(jié)定位鋼板，加強(qiáng)平臺(tái)的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度及定位精度，盡量避免以面與地面接觸，采取點(diǎn)或線的接觸方式，降低對(duì)用戶地面平整度的依附。考慮了多種與地面聯(lián)結(jié)固定方式，既能通過(guò)下平臺(tái)與預(yù)埋的高強(qiáng)度地腳螺栓固聯(lián)，也可通過(guò)包角，壓重等方式固定，確保運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安全可靠的運(yùn)行。

　　TecPlat平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.2.1，它由下臺(tái)基、上平臺(tái)及并聯(lián)連接兩者的6個(gè)電動(dòng)缸組成，Mechanic電動(dòng)缸與上、下平臺(tái)之間分別采用球鉸/虎克萬(wàn)向鉸連接(圖3.2.2)，6個(gè)電動(dòng)缸可在缸軸向方向作線性移動(dòng)，平臺(tái)正是通過(guò)6個(gè)電動(dòng)缸的協(xié)調(diào)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)6自由度的運(yùn)動(dòng)。整體框架如圖3.2.4所示。

　　圖3.2.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

　　TecPlat六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)共有六組鉸支座，三組上鉸支座，三組下鉸支座。鉸支座應(yīng)承載能力強(qiáng)、擺動(dòng)角度大、配合間隙小、傳動(dòng)穩(wěn)定、運(yùn)動(dòng)靈活、維護(hù)保養(yǎng)方便，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)鉸支座中的部分結(jié)構(gòu)件作了優(yōu)化處理，即不影響鉸支座整體的強(qiáng)度和剛度的同時(shí)保證平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)不發(fā)生干涉，在此基礎(chǔ)上減輕整個(gè)鉸支座的重量，縮小體積，使鉸支座運(yùn)動(dòng)更靈活，傳動(dòng)更穩(wěn)定。必須選用軸承動(dòng)、靜負(fù)荷容量指標(biāo)高的鉸支座軸承保證質(zhì)量。

圖3.2.2 平臺(tái)鉸接點(diǎn)布置圖

　　a)球籠聯(lián)軸器

　　采用球籠鉸鏈與上平面連接。球籠鉸鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、易于維護(hù)。初選球籠鉸鏈型號(hào)BJB(JB/T6139-1992)，公稱轉(zhuǎn)矩Tn=2000N/m，工作角度40度，外徑D=68mm，軸孔選用圓柱孔d=24mm，總長(zhǎng)度L1=148mm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.00008kg.m²，重量5kg。

　　b)虎克鉸鏈

　　采用虎克鉸鏈與下平面連接。萬(wàn)向節(jié)鉸鏈傳動(dòng)效率高，允許兩軸間的角位移大，適用于有大角位移的兩軸之間的連接，一般兩軸的軸間角最大可達(dá)35º~45º，噪音小，對(duì)潤(rùn)滑要求不高，傳遞轉(zhuǎn)矩大，而且使用可靠，因此獲得廣泛的應(yīng)用。

　　六自由度平臺(tái)的電動(dòng)缸與上下平臺(tái)連接均采用高剛性虎克鉸連接，其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)平滑，剛性好，強(qiáng)度大，免維護(hù)。虎克鉸的擺角需要通過(guò)大量的演算獲得，動(dòng)平臺(tái)在精調(diào)任務(wù)空間內(nèi)靈巧運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)下列數(shù)學(xué)關(guān)系可得到虎克鉸的擺角：