六自由度运动平台设计方案.doc

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1、六自由度运动平台设计方案1概述YYPT原理样机用原库房留存的345厂的直流电机作为动力源，直流驱动器及工控机作为控制系统元件，采用VB软件进行控制软件的编制，因设计及器件选型的原因，导致YYPT原理样机，在速度、精度、运动规律上等几个技术指标无法满足原规定的指标要求，现在此基础上进行优化方案的设计。2原理样机技术状态2.1原理样机方案2.1.1组成原理样机采用工控机作为系统的控制单元，工控机内配有研华PCI1716和PCI1723作为A/D和D/A模拟量卡，驱动器采用AMC公司的型号为12A8的伺服驱动器，并配有直流可调电源其输出电流可达到150A，采用KH08XX（3

2、）电动缸作为运动平台的六条支腿，电动缸上安装有电阻尺作为位置反馈器件，上平台与电动缸连接采用球笼联轴器，下平台与电动缸连接采用虎克铰链方式。具体产品组成表见表2.1。序号产品名称型号厂家数量备注1电动缸KH08XX（3）西安方元明6安装345厂电机2电阻尺LTS-V1-375上海徳测63驱动器50A8AMC63A/D卡PCI1716研华14D/A卡PCI1723研华15工控机610H研华1186直流电源12.1.2结构方案六自由度运动平台是由六条电动缸通过虎克铰链和球笼万向节联轴器将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条电动缸的伸缩运动，完成上平台在三维空

3、间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。下静平台虎克铰链电动缸上动平台球笼联轴器图1六自由度平台外形图a）球笼联轴器（如图2所示）采用球笼铰链与上平面连接。球笼铰链结构简单、体积小、运转灵活、易于维护。初选球笼铰链型号BJB（JB/T6139-1992），公称转矩Tn=2000N/m，工作角度40度，外径D=68mm，轴孔选用圆柱孔d=24mm，总长度L1=148mm，转动惯量为0.00008kg.m²，重量5kg。18图2球笼联轴器b）虎克铰链（如图3所示）采用虎克铰链与下平面连接。万向节铰链传动效率高，允许两轴间的角位移大，适用

4、于有大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可达35º~45º，噪音小，对润滑要求不高，传递转矩大，而且使用可靠，因此获得广泛的应用。图3虎克铰链下固定板的连接（如图4所示）18图4电动缸齿轮盖下固定板与电动缸用法兰连接。初选深沟球轴承型号61808（GB/T276-1994），额定载荷Cr=5.1kN，外径D=52mm，轴承孔选用d=40mm，宽B=7mm，重量0.26kg。初选深沟球轴承型号61802（GB/T276-1994），额定载荷Cr=2.1kN，外径D=24mm，轴承孔选用d=15mm，宽B=5mm，重量0.005kg。上下结构（如图5所示）上铰点分

5、布圆的半径：Ra=432mm下铰点分布圆的半径：Rb=625mm上铰相邻铰之间的距离：da=105mm图5下铰相邻铰之间的距离：db=120mm零位时作动器的长度：L2=777mmc）电动缸18基于器部件复用的考虑，YYPT采用某项目3号电动作为运动平台动作执行终端，并可利用库存的六台DC24V直流有刷减速电机为之配套。电动缸主要技术指标：1）最大推拉力不小于6000N；2）行走速度：18mm/s；3）最大行程：370mm；4）电动缸不自锁；直流有刷减速电机技术指标：1）电压范围：允许在20VDC~28VDC范围内工作；2）额定电压：24VDC；3）最大电流：在额定电压

6、24VDC，额定负载12Nm条件下，电流≤40A。4）最低转速：在额定电压24VDC，额定负载12Nm条件下，减速器输出转速不小于410rpm；5）额定负载：减速电机额定负载转矩为12Nm；6）工作方式：连续工作时间3min，间隙时间5min；7）电气接口：接口方式采用航空插座，航空插座型号：XCE22F4K1D1，电机出线与插座接线关系为“﹢”接1号针脚，“-”接2号针脚。2.1.3控制方案控制软件采用位置反解算法，即通过平台的姿态反算六支电动缸的长度，通过PCI-1716接收电阻尺反馈的位置指令，根据计算出来的长度和反馈指令通过PCI-1723向驱动器发送模拟量速度

7、指令，控制电动缸运动到指定长度。2.2原理样机技术参数序号指标实际情况备注1载荷1T未进行试验测试2平移速度10mm/s~15mm/s3旋转速度1.5°/s4X，Y轴平移范围±300mm5Z轴平移范围±160mm186X，Y轴转动范围±20°7Z轴转动范围±30°2.3原理样机存在问题1、超调问题：电动缸运行到位后超调现象比较严重，初步分析为电机特性较差引起的，但不排除算法及PID参数存在问题；2、台体结构晃动：当电动缸处于停止运动后，上台面人为晃动存在时，存在较大晃动量，初步分析原因为上平台使用的球笼联轴器间隙过大造成的。3优化方案针对