試驗指導(dǎo)書六自由度

1、實驗一：6SPT-1六自由度液壓伺服平臺綜合實驗一、實驗?zāi)康模?、掌握電液位置伺服控制系統(tǒng)的基本原理；2、掌握六自由度平臺的結(jié)構(gòu)解算的概念及其軟件實現(xiàn)；3、掌握VB6.0軟件與下位機PAC通過以太網(wǎng)通信的方法；4、掌握6SPT-1六自由度液壓伺服平臺復(fù)現(xiàn)指令信號的實施方法。二、預(yù)備知識：1、熟練掌握PLC的梯形圖語言（LD）編程和結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）編程；2、熟練掌握VB6.0編程，能使用VB6.0實現(xiàn)以太網(wǎng)通信；3、有一定的矩陣計算能力。三、試驗原理：1、電液位置伺服控制系統(tǒng)的基本原理電液位置伺服控制系統(tǒng)以液體作為動力傳輸和控制介質(zhì)， 利用電信號進行控 制輸入和反饋。只要輸入某一規(guī)律的輸入

2、信號，執(zhí)行元件就能啟動、快速并準(zhǔn)確 地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 3.1所示：廿算札弋從卜彳放人樹一液壓雇服逹屮酬;制| ”九戟卜fI小 卜忖移件暮辭L1圖3.1電液位置伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2、六自由度平臺逆解算法圖3.2空間機構(gòu)位置關(guān)系示意圖六自由度平臺又稱為Stewart平臺，其結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，Stewart平臺由 上、下兩個平臺、六個驅(qū)動關(guān)節(jié)和連接球鉸組成，上平臺為運動平臺，下平臺為 基座，上、下平臺的六個鉸點分別組成一個六邊形，連接6個液壓缸作為驅(qū)動關(guān)節(jié)，每個液壓缸兩端各連接一個球鉸。 六個驅(qū)動關(guān)節(jié)的伸縮運動是獨立的，由液壓比例壓力閥控制各液壓缸作伸縮運動， 從而改變各

3、個驅(qū)動缸的長度，使動平臺 在空間的位置和姿態(tài)發(fā)生變化。因此該平臺是通過六個驅(qū)動桿的協(xié)調(diào)動作來實現(xiàn) 三個線性移動及三個轉(zhuǎn)動共六個自由度的運動。Stewart平臺機構(gòu)的空間位置關(guān)系是指運動平臺的六個自由度與六個驅(qū)動桿 長度的關(guān)系，是研究該并聯(lián)機構(gòu)最基本的任務(wù)，也是機構(gòu)速度、加速度、誤差分 析、工作空間分析、動力分析等的基礎(chǔ)。對于6-SPS平臺機構(gòu)，其特點是動靜平臺鉸點共面，考慮到工作空間的對 稱性要求，將平臺的6個鉸點分成3組，三組鉸點沿圓周120。均布，動、靜平 臺的相鄰兩邊到中心的夾角分別為 30 ° 和90 °。為求解六自由度平臺的空間位置關(guān)系，首先在靜、動平臺上分別建立

4、靜、動坐標(biāo)系。如圖3.3所示，靜坐標(biāo)系XYZ原點0位于靜平臺的中心，X-Y平面與下平臺上各液壓缸鉸接點分布圓共面，動坐標(biāo)系XY2 '的原點0'位于平臺上平臺中心，當(dāng)上平面位于中位時，動、靜坐標(biāo)系的Z'禾Z軸重合，且靜坐標(biāo)系Z軸 穿過0 '。以第i只液壓缸為例描述該機構(gòu)的空間位置關(guān)系。 設(shè)Pi為從動坐標(biāo)系原點0'至平臺鉸接點Pi的矢量在靜坐標(biāo)系的表示，Pmi =（Pmix,Pmiy,Pniz）為0'點至Pi的矢量在動坐標(biāo)系的表示。Bi為從點到Bi精品資料R為在靜坐標(biāo)系中從點 0到點0'的矢量,T點的矢量，ri fM），也是Pi點在靜坐標(biāo)圖3

5、.3空間矢量關(guān)系示意圖點的矢量在靜坐標(biāo)系的表示，B（Bix, Biy, Biz）R=（x，y,z）T。r為在靜坐標(biāo)系中從0點到Pi系中的坐標(biāo)。1 i為靜坐標(biāo)系中從Bi至Pi的矢量, h =（lix,liy,ljT，各矢量間的關(guān)系如圖3所示。以靜坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，得到六自由度平臺 中各位置相互關(guān)系的矢量關(guān)系式：£ 二 P Rh 二 Bi h（i.i）化簡得到平臺位姿與各驅(qū)動關(guān)節(jié)桿長矢量的關(guān)系式：li Bi = R + R _Bi（ 1.2）位置逆解是由動平臺的位姿（x,y,z,?x,?y,'Jz）相對于其在中位時的中心位 置（X，y，z）及角姿態(tài)'x/y/z）求解各液

6、壓缸的伸縮量，位置逆解的精確算法目 前已經(jīng)很成熟，能夠用于實際系統(tǒng)的實時計算。位置逆解的求解，關(guān)鍵是要求出動平臺上各關(guān)節(jié)鉸接點在靜坐標(biāo)系中的坐標(biāo)?？衫脛悠脚_的位姿(x,y,乙審Jm)及各鉸接點在動平臺上的位置，進行坐 標(biāo)變換，求得各鉸接點在靜坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。在動坐標(biāo)系中的任一向量 P可以通過坐標(biāo)變換方法變換為固定坐標(biāo)系中的riri -TR R(1.3)其中：變換矩陣T :-S甲yC普y略C甲yC甲xj 00 13y 0 資 yC甲Z-囲z 010 C甲x-SxTy =0 1 0T z =S c空 z 00 S甲 xCx 一1 :-S普y0 C甲y1 】.00 uC?zC?y C7zS7yS?

7、x-S7zC?x C7zC?xS?y SzSTxT =TxTyTz = S空zC甲y S空zS甲X訊y+C空zC空X S普zC甲xS普y -C空z時X式中：C?x =cos(?x),S?x =sin(?x)。當(dāng)給定平臺的結(jié)構(gòu)尺寸后，利用幾何關(guān)系，可以很容易寫出動、靜平臺各鉸 接點(P，Bi，i=1,2, ,6)在各自坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，再由式(1.3)求出動平臺 各鉸點在靜坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。這時 6個驅(qū)動器桿長矢量li (i= 1,2, ,6)可在固定坐標(biāo)系中表示為：h 二 r Bi =TR R -Bi(1.4)從而得到并聯(lián)機構(gòu)的位置反解計算公式:li =| li 1= Jl；+I ；+l ；液

8、壓缸i的伸縮量Si為：S 屮i | 一“ |neut(1.5)(1.6)其中|h |neut為驅(qū)動桿i的中位長度，i=1, ,6。上式是 6 個獨立的顯式方程， 當(dāng)已知該并聯(lián)機構(gòu)的基本尺寸和動平臺的位置 和姿勢后，就可以求出 6 個驅(qū)動桿的桿長。這就是六自由度平臺的逆解。四、試驗內(nèi)容1. 根據(jù) 六自由度平臺系統(tǒng)原理圖和相關(guān)電氣元器件接線說明設(shè)計電控系統(tǒng)， 設(shè)計好的電氣原理圖詳見附件“六自由度電氣原理圖 .dwg ”；2. 了解影片動作文件的編輯，熟練操作六自由度影片播放軟件；3. 熟練操作六自由度平臺調(diào)試軟件；五、六自由度調(diào)試軟件界面介紹1. “六自由度調(diào)試界面”界面介紹打開軟件，彈出“六自由

9、度操作界面” ， 界面上左邊一列為六個自由度的姿態(tài)、線速度和 角速度的設(shè)置值，界面如圖 1：卅由值:¥軸值*込軸值;a夾角1倩：V夾吊值;線速度值:角速度值:溟蚩1顯示-JL顯示僖單位000000000000000000000norrnn00000000po40養(yǎng)數(shù)全取mmmm設(shè)置值顯示：顯示的是當(dāng)前平臺設(shè)置值是多少 設(shè)置值：填寫需要設(shè)置的值是多少設(shè)置“設(shè)置值：分別點擊這8個按鈕可以將界面上對應(yīng)的一個參數(shù)設(shè)置到PLC中。參數(shù)全寫入：點擊將 8個參數(shù)一同設(shè)置到 PLC中界面正上方顯示的是液壓站電機和溢流閥的工作狀態(tài)，綠色表示電機打開和溢流閥加壓工作，如圖2顯示:指示17:油泵工作加壓顯

10、示圖2位移傳感器報警如圖 3顯示，紅色表示報警，共 12個報警顯示的是六根油缸的上下限 位極限報警位移倍感器振饗煒缸位移傳愍器低位報警 饌缸位移傳感器陽立報警 加缸位移傳感器低位掙警 心缸位移傳感器低位報警 強缸位移傳感器低位報警 帥缸位移傳感器低位報警 律缸位移傳愍器高位報警 義缸位移傳感器高位報書 黑缸位移傳感器高位報警 據(jù)缸位移傳感器髙位報警 州缸位移傳感器高位報警 6#缸位移傳愿器高位報警圖3計算值顯示位于油溫油壓顯示的下方，如圖4所示，顯示的是經(jīng)過平臺逆解，六根油缸的伸縮值，也是六根油缸的位移設(shè)置值，圖4位移顯示位于軟件界面的右下方，如圖5所示，顯示的是六根油缸當(dāng)前的位移值圖5控制按

11、鈕位于軟件下方，如圖 6顯示，電機可以控制液壓站電機啟動、停止，還可以 控制平臺上升到中位和下降到最低位。泵停泵起平臺中位平臺歸位點擊軟件下方的“地震模擬”按鈕就會關(guān)閉“六自由度操作界面”，同時打開“模擬畫面”界面。電機軟件下方的“退出畫面”按鈕就可以退出本軟件。2. “模擬畫面”界面介紹點擊“六自由度操作界面”界面下方的“地震模擬”按鈕就會關(guān)閉“六自由度操作界面”，同時打開“模擬畫面”界面。初幅值S 度輻值I 2045預(yù)草丨05 Hz初隔值|5 S 扁值| 20 0 蘆 頻率 0,5 血在“模擬畫面”界面上有平臺六個自由度的初幅值、幅值和頻率的設(shè)置界面，如圖7所示丄卜串弊初幅值01WTI初幅

12、值0min初幅值0mn幅值150mrn-幅值200nun200mm頻率0. 5Hz頻率0. 5Hz頻率0. 5HzIS 仲用rtism平臺以中位為平臺六個姿態(tài)“上下平移”、“前后平移、“左右平移、“側(cè)翻運動、“俯仰運動”和“扭轉(zhuǎn)運動”的零位，即平臺上升到中位時這六個姿態(tài)值為應(yīng)該設(shè)置為零。平臺的初幅值 就是以中位為基準(zhǔn)設(shè)定的。初幅值：平臺以初幅值為中間位置往返運動 幅值：平臺往返運動的幅度注：初幅值和幅值的設(shè)置范圍可以參考文檔“六自由度地址表.xlsx ”中的相關(guān)姿態(tài)的設(shè)置范圍。頻率：平臺往返運動的頻率注：這三個值的設(shè)置范圍可以參考文檔“六自由度地址表.xlsx ”中的相關(guān)姿態(tài)的設(shè)置范圍。舉例：

13、設(shè)置“上下平移”的初幅值為10,幅值為100，頻率為0.5，其他值均設(shè)置為 0, 震動模式選擇選中“上下震動”，其他不選，點擊“開啟”按鈕，則平臺將會在110至-90之 間（中間值是10，幅值是100 ）做頻率為0.5的往返運動。震動模式選擇如圖8所示廠上T鳶動廠前后扌雜廠左右狂崔廠例翻匡動廠俯仰運動廠扭輛詡圖8選中相應(yīng)的模式，則平臺以圖 7中對應(yīng)的設(shè)置值開始運動，可以同時選中多個模式使平臺兩個或兩個以上自由度復(fù)合運動，但幅值不宜過大，避免超出平臺的運動范圍。界面下方有4個操作按鈕，如圖9 所示關(guān)閉調(diào)試畫面退出畫直開啟：點擊開啟按鈕則平臺從中位開始按照圖7的設(shè)置值和圖8選中的模式開始往返 運動

14、 關(guān)閉：平臺從當(dāng)前位置回到最低位調(diào)試畫面：關(guān)閉當(dāng)前界面，打開"六自由度操作界面”退出畫面：退出本軟件六、試驗步驟1. 六自由度平臺影片播放a）檢查電源是否已經(jīng)安全接入電控操作臺，檢查液壓油箱中液壓油是否足 夠，檢查液壓系統(tǒng)是否有漏油、滲油情況，確認(rèn)后進入下一步；b）打開軟件“平臺動作軟件.exe，界面下圖所示；c）點擊界面上“開泵”按鈕，啟動液壓站電機，等待約5秒后系統(tǒng)加壓;d）然后點擊“平臺數(shù)據(jù)路徑選擇”按鈕選擇平臺所要播放的動作文件；e）點擊“影片選擇”按鈕選擇平臺所要播放的影音文件；f）按下鍵盤上的“Q”鍵，影片開始播放，平臺開始跟隨影片動作；g）影片播放結(jié)束時，平臺會自動慢慢

15、回到最低位；h）影片播放過程中，按下鍵盤上的“0”鍵，影片停止播放，平臺停止動作并 慢慢回到最低位；i）結(jié)束影片播放后，按下界面上的“關(guān)泵”按鈕，關(guān)閉液壓站電機并泄壓。2. 六自由度平臺調(diào)試軟件操作a）檢查電源是否已經(jīng)安全接入電控操作臺，檢查液壓油箱中液壓油是否足夠，檢查液壓系統(tǒng)是否有漏油、滲油情況，確認(rèn)后進入下一步;b）打開軟件“六自由度.exe”界面如下圖所示;六自由度操作界面STISizia鏈.瀚值：1 00000mmEJJE1 wGOEUUT_nr1 000r ona土| 00QIt0懐艮裘魚道：Pooo-00嗖Y夫隹電：00000變»_KgfcJJSFH：口00rio碗1 40t/.曲二作 加顯I 扭推匕 士刖豪Uhl位壯i專出甘.至梓:電位Hi俱緒違耶芳:吃位憐隹悪制 耶善 竝亞附建器1翊普 訊州往倩疇訶”：吋晉