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为什么选用电动伺服应用六自由度平台
发布时间:2020-05-12 14:33

  六自由度平台,是在1965年由英国工程师 Stewart 设计提出,因此也称为Stewart 平台,它最初主要是用作训练飞机驾驶员的飞行模拟器。并联机构相对串联机构具有结构刚度大、承载能力强、位置精度高、动态响应快等特点。1978 年 Hunt教授针对串联机械手刚度差、承载能力弱、有累积误差、反解求解困难等缺点,提出并联构型的概念,并将 Gough-Stewart 机构应用到工业机器人领域。从此并联机构开始越来越广泛地应用于以下场合:

  l 运动模拟SimPlat(飞行模拟、驾驶模拟、道路模拟、海浪模拟、地震模拟体验台)

  l 精密定位/空间对接PrePlat(微动机构、大规模集成电路加工、并联挖掘机械、并联机床、工业装配机械手、空间对接技术地面试验、大型望远镜、误差补偿装置、照相机聚焦等)

  l 六维力/力矩传感控制平台

  l 振动平台SwayPlat(利用它的快速响应能力)

  仿真模拟平台按驱动方式分为三种:气动平台、液压平台、电动平台;按自由度可分为ACE3三自由度平台和ACE6六自由度平台。

  气动平台关键部件为气压缸、气动电磁阀和空压机。其具有结构简单,耗电适中,价格低廉,无污染,动作响应速度快,工作可靠,便于维护,寿命长,适应温度范围广。缺点是动力较小、噪声大、平台运行速度不均匀等。

  液压平台关键部件为液压缸、液压电磁阀(可分为开关阀和比例阀两类)和液压泵站。动力在三者中最大,适用于高载的情况。其价格中等、动作相对气动平台来说要缓和,噪音低;

  TecPlat电动平台关键部件为电动缸、减速机、伺服电机、伺服电机驱动器、ACB系列运动控制卡等,一般有三自由度和六自由度两种。动力大小仅次于液压平台。其具有响应速度快,灵敏度高,控制精确,结构简单,可靠性高,噪音小,清洁卫生,便于维护。唯一缺点就是控制系统复杂,成本较高。

  在六自由度平台TecPlat的驱动系统中,电动驱动由于省去了能量的中间转换环节,电动机直接产生力和力矩,运动过程确定性好,效率高,没有复杂的管路系统具有高紧凑型,反应灵敏使用方便且成本较低。电动驱动方式具有以上较多的优点,所以该驱动方式在工业控制领域使用较为广泛。
 

  自由度种类 成本 噪音 动力大小 动作响应 环境适应性 耗电情况 其他
气动平台 三自由度、六自由度 便宜 噪音大 最小 动作响应快 温度范围广,普通220V即可 中等 清洁卫生
液压平台 三自由度、六自由度 中等 噪音适中 最大 动作平稳,动作响应慢 不适合低温环境,一般情况下需要380V供电 耗电 体积重量较大
电动平台 三自由度、六自由度 昂贵 噪音低 较大、仅次于液压 动作响应快慢可调节、精度高 温度范围广,普通220V即可 省电 清洁卫生、灵巧、所用部件较少

  表2.1平台驱动方式比较表

  电动驱动控制系统TecBox中电动机的类型较多,包括步进电动机、交流伺服电动机、无刷直流伺服电动机等。交流伺服同步电动机是由正弦波信号控制,转矩脉动小;同时电机的体积较小,惯量小,转动平滑,而且电机快速响应性好、输出转矩大、反应灵敏、易于实现精确控制,所以本方案采用电动驱动方式,动力装置选用交流伺服同步电机。

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