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六自由度运动平台机械部分控制原理和构成
发布时间:2020-05-12 14:31

  六自由度并联运动平台ACE6 TecPlat由Mechanics机械本体和Servos伺服控制系统组成。机械本体设计的优劣直接决定了平台工作空间、带载能力、运动稳态精度等性能,而良好的伺服控制系统TecLab设计则是确保平台达到其设计性能指标的基础,甚至能够在一定程度上提高平台的运动性能。运动平台由如图所示的七部分组成:

图3.2.1 运动平台机械结构图

  1平台上底板、2上铰支座连接座、3上铰支座组件、4电动缸组件、5下铰支座组件、6下铰支座连接座、7平台下底板。

  3.2.2 框架和铰接件

  ACE6平台系统由采用TecPlat Stewart机构的六自由度运动平台方式。六自由度运动平台的下平台安装在地面上。其中上平台为运动平台,它由六只电动缸支承,运动平台与电动缸采用12个虎克铰连接,上下平台与虎克铰之间采用六个固定基座做桥接。

  上平台是有效载荷的安装基面,其提供六自由度的摇摆运动。下平台是TecPlat六自由度运动平台的安装基面,需要有足够的强度和承受足够大的冲击力。

  下平台采用型钢焊接,确保尺寸足以支撑上层整体结构,不会出现头重脚轻等倾覆性安全隐患。设计有联结定位钢板,加强平台的联结强度及定位精度,尽量避免以面与地面接触,采取点或线的接触方式,降低对用户地面平整度的依附。考虑了多种与地面联结固定方式,既能通过下平台与预埋的高强度地脚螺栓固联,也可通过包角,压重等方式固定,确保运动平台安全可靠的运行。

  TecPlat平台结构示意图如图3.2.1,它由下台基、上平台及并联连接两者的6个电动缸组成,Mechanic电动缸与上、下平台之间分别采用球铰/虎克万向铰连接(图3.2.2),6个电动缸可在缸轴向方向作线性移动,平台正是通过6个电动缸的协调动作来实现6自由度的运动。整体框架如图3.2.4所示。

  

  图3.2.1 平台结构示意图

  TecPlat六自由度运动平台共有六组铰支座,三组上铰支座,三组下铰支座。铰支座应承载能力强、摆动角度大、配合间隙小、传动稳定、运动灵活、 维护保养方便,设计时对铰支座中的部分结构件作了优化处理,即不影响铰支座整体的强度和刚度的同时保证平台在运动到极限位置时不发生干涉,在此基础上减轻整个铰支座的重量,缩小体积,使铰支座运动更灵活,传动更稳定。必须选用轴承动、静负荷容量指标高的铰支座轴承保证质量。

  

图3.2.2 平台铰接点布置图

  

  a)球笼联轴器

  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。

  b)虎克铰链

  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。

  六自由度平台的电动缸与上下平台连接均采用高刚性虎克铰连接,其运动平稳平滑,刚性好,强度大,免维护。虎克铰的摆角需要通过大量的演算获得,动平台在精调任务空间内灵巧运动时,通过下列数学关系可得到虎克铰的摆角:

  

  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。

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