六自由度电动平台控制系统设计研究
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言六自由度机械臂，以其出色的灵活性、灵活的运动空间以及复杂的运动能力，在现代自动化工业和高端科技领域有着广泛的应用。
本篇论文旨在介绍一种六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真。
通过详细阐述系统设计、控制策略以及运动学仿真结果，为六自由度机械臂的研发与应用提供理论依据和实验支持。
二、系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统硬件主要包括机械臂本体、驱动器、传感器和控制单元等部分。
其中，机械臂本体采用串联式结构设计，通过六个关节的协调运动实现六自由度。
驱动器选用高性能直流无刷电机，并配备高精度减速器以提高控制精度。
传感器包括位置传感器、力传感器等，用于实时监测机械臂的状态和外部环境信息。
控制单元采用高性能微处理器，负责接收传感器信息、处理控制指令并输出控制信号。
2. 软件设计软件设计主要包括控制系统算法设计和人机交互界面设计。
控制系统算法包括运动规划、轨迹跟踪、姿态调整等模块，通过优化算法提高机械臂的运动性能和控制精度。
人机交互界面采用图形化界面设计，方便用户进行操作和监控。
三、控制策略1. 运动规划运动规划是六自由度机械臂控制系统的重要组成部分，主要任务是根据任务需求规划出合理的运动轨迹。
本系统采用基于规划的方法，通过预设的运动路径和速度参数，使机械臂按照规划的轨迹进行运动。
同时，采用动态规划算法对机械臂的运动进行实时调整，以适应外部环境的变化。
2. 轨迹跟踪轨迹跟踪是六自由度机械臂控制系统的核心部分，主要任务是使机械臂在运动过程中始终保持正确的姿态和位置。
本系统采用基于PID控制算法的轨迹跟踪策略，通过实时调整控制信号，使机械臂能够准确、快速地跟踪预设的轨迹。
同时，针对机械臂在运动过程中可能出现的扰动和误差，采用鲁棒性较强的控制策略进行优化。
四、运动学仿真为验证六自由度机械臂控制系统的设计效果和运动性能，我们进行了运动学仿真实验。
通过建立三维模型，模拟机械臂在不同任务下的运动过程，并分析其运动轨迹、姿态调整和速度变化等关键参数。
6-UCU并联六自由度平台运动及其控制系统的研究
6-UCU并联六自由度平台运动及其控制系统的研究侯骏飞;曾亿山;鲁军【摘要】以6-UCU并联六自由度平台为研究对象,介绍了六自由度平台的结构及工作原理.利用Solidworks和Ad-ams对六自由度平台进行运动学仿真和分析,得出伺服液压缸的运动特性曲线,验证6-UCU型并联六自由度平台的设计是否合理、准确,对整个六自由度平台的液压系统的安全性及可靠性具有指导作用.通过PID控制器的设计和Simulink仿真,研究了参数变化对系统性能的影响,找出了影响系统性能的关键参数,从而为改进和优化系统方案提供了合理的参考.%As the research object, the structure and the working principle of 6- UCU six degreeoffreedom parallel platform are introduced in this paper. Using Solidworks and Adams for kinematics simulation and analysis of 6-DOF platform, the motion curves of the servo cylinders are gotten to validate the accuracy of the 6-DOF aircraft platform. It plays an important role for the security and reliability of the hydraulic six degrees of freedom system. PID control-ler and simulink simulation are done to study the effect of the change of parameters on system performance. The key parameters are found out, which will affect the system performance. Thus it will provide reasonable references when the system is optimized.【期刊名称】《流体传动与控制》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P11-15)【关键词】6-UCU;并联;六自由度;运动学仿真【作者】侯骏飞;曾亿山;鲁军【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TH137.9目前多数的六自由度运动平台都是双端球铰型六自由度平台，而球铰存在着承载能力差，运动间隙大等缺点。
六自由度运动平台设计方案
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）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。
6 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。
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.m ²，重量5kg 。
球笼联轴器电动缸虎克铰链上动平台下静平台图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。
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着科技的飞速发展，自动化与机器人技术已广泛应用于各种领域，六自由度机械臂是其中一种重要而常见的自动化工具。
它具备灵活的运动能力与复杂操作功能，能够在高精度的环境中完成一系列作业。
本篇论文旨在介绍六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真，旨在提升机械臂的性能和可靠性。
二、六自由度机械臂控制系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统主要由机械臂主体、驱动器、传感器和控制单元等部分组成。
其中，机械臂主体由多个关节组成，每个关节由一个驱动器驱动。
传感器用于检测机械臂的位置、速度和加速度等信息，控制单元则负责处理这些信息并发出控制指令。
2. 软件设计软件设计部分主要包括控制算法的设计和实现。
我们采用了基于PID（比例-积分-微分）的控制算法，以实现对机械臂的精确控制。
此外，我们还采用了路径规划算法，使机械臂能够按照预定的路径进行运动。
3. 控制系统架构控制系统采用分层架构，分为感知层、决策层和执行层。
感知层通过传感器获取机械臂的状态信息；决策层根据这些信息计算控制指令；执行层则根据控制指令驱动机械臂进行运动。
三、运动学仿真运动学仿真主要用于模拟机械臂的运动过程，验证控制系统的性能。
我们采用了MATLAB/Simulink软件进行仿真。
1. 模型建立首先，我们需要建立机械臂的数学模型。
根据机械臂的结构和运动规律，我们可以建立其运动学方程。
然后，将这些方程导入到MATLAB/Simulink中，建立仿真模型。
2. 仿真过程在仿真过程中，我们设定了不同的工况和任务，如抓取、搬运、装配等。
通过改变控制参数和路径规划算法，观察机械臂的运动过程和性能表现。
我们还对仿真结果进行了分析，以评估控制系统的性能和可靠性。
四、实验结果与分析我们通过实验验证了六自由度机械臂控制系统的性能。
实验结果表明，该系统能够实现对机械臂的精确控制和灵活操作。
在各种工况和任务下，机械臂都能以较高的速度和精度完成任务。
六自由度运动平台设计方案
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）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。
2.1.2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间六个自由度（X，丫，Z，a，B, 丫）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
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。
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F固定板的连接（如图4所示）F 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 。
六自由度平台实验报告
六⾃由度平台实验报告六⾃由度平台实验报告机械电⼦⼯程系张梦辉21525074⼀、实验简介实验对象为⼀个六⾃由度平台，每个⾃由度的运动均由⼀个永磁式直流电机驱动，实验要求对其中⼀个电动缸进⾏位置控制，位置由⼀个滑变电阻式的位移传感器反馈回的电压信号确定，驱动则是通过研华的PCI1716L的数字输出实现，控制软件采⽤Labview8.6。
⼆、实验装置PC机⼀台研华PCI1716L多功能板卡⼀个PCI总线⼀根固态继电器板⼀块220V AC—24VDC变压器三个直流电动机六个三、实验台介绍六⾃由度运动平台是由六⽀电动缸，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六只电动缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个⾃由度（α，β，γ，X，Y，Z）的运动，从⽽可以模拟出各种空间运动姿态。
六⾃由度运动平台涉及到机械、液压、电⽓、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理等⼀系列⾼科技领域，因此六⾃由度运动平台是机电控制领域⽔平的标志性象征。
主要包括平台的空间运动机构、空间运动模型、机电控制系统。
本实验台，PC机作为板卡和⼈的接⼝，通过在PC机上编程来控制板卡发送数字信号和采集位置信号。
将PCI多功能卡设置为设备0，选择PCI板卡的模拟信号输⼊⼝AI4⼝来采集2号缸的位置信号，通过PORT1号⼝来控制2号缸对应直流电机的正转、反转和停⽌。
通过数字信号输出⼝发送开关量来控制固态继电器的开和闭，固态继电器导通的话，则接通直流电动机，直流电动机开始运⾏，这时候，电动缸就会朝着指定⽅向运⾏，并且到达指定的位置。
实验中⽤到的接⼝的说明：AI0-AI5 模拟信号输⼊⼝，⽤来采集六个缸的位置信号；AIGND 模拟信号公共地DO0-DO11 数字信号输出⼝，⽤来控制六个缸的运动（其中DO11-DO10 分别控制1号缸的正反转DO09-DO08 分别控制2号缸的正反转DO07-DO06 分别控制3号缸的正反转DO05-DO04 分别控制4号缸的正反转DO03-DO02 分别控制5号缸的正反转DO01-DO00 分别控制6号缸的正反转DGND 数字输出信号公共地PCI1716L板卡端⼝四、实验过程Labview实验程序：1、数字信号输出程序段通过调⽤PCI板卡的例⼦程序：DioWritePortWord.vi程序来发送数字信号，当控制⼦为1时，通过板卡数字信号输出⼝DO8⼝发送1，这样2号缸的电机发转，电动缸退回；当控制字为2时，通过数字信号输出⼝DO9发送1，这样2号缸的电机正转，电动缸前进。
基于NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现
基于 NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现摘要：六自由度平台作为一种全新的模拟器，用于航天空间运动姿态方面的模拟和规划，在六自由度平台的行程范围内，可以凭借其强大的功能去重新演绎各种空间运动，有着六种自由运动的维度，通过对六个液压作用气的精确控制和解耦算法，可以实现不同自由度的位子控制。
而本文将着重分析依托NI虚拟器基础上的六自由度平台测控系统，了解该系统运行的可靠性和安全性。
以通用计算机作为核心，在硬件平台基础上，由用户设计定义，具有仿真面板，有测试软件实现测试功能的一种全新计算机仪器系统，也有着强大的功能优势。
关键词：NI实时控制器；六自由度；系统设计前言：六自由度并联运动平台有着结构稳定、效率高且承载能力大等多方面的特点，兴起以来逐渐广泛地应用到如汽车、飞机等一些运动模拟实验设备，也取得了十分理想的成果。
在六自由度运动平台测控系统中，需要积极满足其高时效性和精确度，更要具备极强的图形图像交互功能。
而基于NItime的六自由度运动进程平台测控系统可满足六自由度运动平台实时测控的高要求[1]。
1.基于NI实时控制器的六自由度平台概述及系统结构1.概述六自由度运动平台可以实现对于原有轨迹的在线跟踪和监测，作为一种可以为航空飞行提供飞行模拟或是运动人模拟的机构，在应用到航空航天领域的同时，也能够运用在人们的日常生活中，作为一种娱乐体感游戏的形式出现,有着强大的功能，而本文依托NItime虚拟器分析六自由度运动平台的控制策略，能够缓解以往可靠性、时效性不高等控制问题。
以通用计算机作为核心的应届平台上，可以由用户自定义，且有着以下几点优势，首先使用了基于NItime虚拟仪器后，能够灵活配置各类关卡，增加了硬件的灵活性与多样性。
其次，选择了Lab view开发软件，能够简化传统的软件研发方式，Lab view作为一种新型的图形化编程工具，也是所见即所得的可视化工具，建立了人机界面后能够提供大量的控制对象内容，有利于图形化编程语言的落实。
6自由度机械臂远程控制系统研究
6自由度机械臂远程控制系统研究6自由度机械臂是一种多关节结构的机械装置，具有灵活的运动能力和精准的定位功能，可以在工业生产、医疗手术、物流装配等领域发挥重要作用。
在实际应用中，由于复杂的环境和任务需求，常常需要通过远程控制系统对机械臂进行操作。
研究6自由度机械臂远程控制系统具有十分重要的意义，对于提高机械臂的灵活性、精度和安全性具有重要意义。
一、研究背景随着科技的发展和社会的进步，机械臂逐渐成为了各个领域中不可缺少的工具。
由于某些特殊环境和任务需求，工程师们希望可以通过远程控制的方式对机械臂进行操作。
6自由度机械臂远程控制系统的研究成为了当前研究的热点之一。
二、研究内容1.机械臂远程控制系统的关键技术机械臂远程控制系统的关键技术包括通信技术、控制算法和安全保护技术。
通信技术主要涉及远程控制指令的传输和机械臂工作状态的反馈，需要保证通信的稳定性和实时性；控制算法需要能够实时处理远程控制指令，保证机械臂的稳定性和精准性；安全保护技术则需要考虑在远程操作过程中避免事故发生，保证人员和设备的安全。
2.远程控制系统的设计与实现远程控制系统的设计与实现需要考虑多方面的因素，包括硬件平台的选择、通信协议的确定、控制算法的优化等。
还需要考虑系统的稳定性和可靠性，尤其是在复杂环境中的应用场景。
3.远程控制系统的应用远程控制系统的应用涵盖了工业生产、医疗手术、物流装配等多个领域。
不同领域的应用会面临不同的挑战和需求，需要根据具体情况进行系统的定制和优化。
三、研究意义1.提高机械臂的灵活性和精度通过远程控制系统，可以实现对机械臂的实时操作和精准定位，大大提高了机械臂的灵活性和精度，适应了多变的工作环境和任务需求。
2.减少人力成本和安全风险远程控制系统可以减少对人力的依赖，降低了人力成本；同时可以在危险环境下代替人工进行操作，减少了安全风险。
3.促进机械臂在新领域中的应用通过远程控制系统，机械臂可以进一步拓展应用领域，如在深海勘探、太空探索等领域发挥更大的作用。
基于电动机驱动的六自由度平台设计报告
基于电动机驱动的六自由度平台设计摘要：六自由度并联运动平台具有刚度大，便于实时控制，精度高，误差小，承载能力大等优点,是近几十年发展起来的新型产品,广泛应用于航空航天领域，汽车制造领域，船舶，医疗诊断，生物工程及民用娱乐等领域逐渐成为机器人领域的研究热点。
近些年来,对于六自由度并联运动平台实时控制方法的研究引起了世界上众多学者的广泛关注,大多采用液压驱动为主，但对于要求反应快，动作灵敏的控制平台，液压控制系统无法达到要求，使用电动机驱动平台，可以解决此问题。
关键词：六自由度平台，实时控制，电动机1 绪论1.1 引言并联六自由度平台是具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖实验设备，是一种以计算机技术、控制理论、空间机构学、图像处理和人机工程学为基础的复杂系统。
最早的空间六自由度并联机器人是1965年D. Stewart提出并研制的,也称为6-SPS机构，即著名的Stewart平台机构，与传统的串联式多自由度运动机构相比,它具有承载能力强,刚度好,无积累误差,精度高等优点。
根据上、下各六个万向绞相对分布的不同,该机构可分为多种类型,其运动学已有许多学者进行了研究。
进入80年代特别是90年代以来,六自由度运动平台越来越广泛的应用于机器人、并联机床、空间对接计术、航空航海设备、摇摆模拟以及娱乐设施上。
目前我国的六自由度平台设计水平和制造水平与西方发达国家相比差距还是相当大,对六自由度平台控制理论、控制系统与技术研究的这些领域内的关键课题所做的工作还很粗浅。
因此对六自由度的关键组成部分进行深入的理论分析和实验研究,尽快研制出性能优良的六自由度平台,提高我国的仿真技术水平,具有重大的理论意义和实际应用价值。
六自由度运动平台是用于飞行器、运动器（如飞机、车辆）模拟训练的动感模拟装置，是一种并联运动机构，它通过改变六个可以伸缩的作动筒来实现平台的空间六自由度运动（垂直向、横向、纵向、俯仰、滚转、摇摆），即X、Y、Z方向的平移和绕X、Y、Z轴的旋转运动，以及这些自由度的复合运动。
基于六自由度模拟平台液压控制系统的设计
在子系统内修正液压作动筒活塞行程与指令 的偏差 ，
按 给定 台体质 心 的空 间 姿态 计 算 目标 控制 参 量 ； 动力 泵 站是整 个系 统 的动力 源 ， 在控 制 及 监 控 系 统 的控 制 下为模拟 驱动 系统 提供 动力 ； 架 主 要 用 于试 验 设 备 机 的安 装 ， 受 ６套液压 作动 筒控 制 ， 液压 作动 筒 的驱 它 在 动下 实现 六 自由度运 动 。
道 ， 可联 动又 可成对 或单 独动作 ， 既 以便 使该 平 台模 拟
缸体在 空 间的运 动状 态 ； 制及 监 控 系统 主 要 功 能是 控
个 自由度 （ 种 运 动类 型 ） 一 的运 动 。每 个 液 压 缸 的运 动各 由一 电液伺 服 阀控 制 。当 ６组 缸各 自取一 定 伸缩
、
闭环控 制 ， 液压 伺 服 系 统 同时 推 动模 拟平 台做 各 ６组
种摇摆 ， 模拟 实 际环 境 。该 系 统 采用 分 布 式计 算 机 控
ｙ 轴 的旋 转运 动 以及 这 ６个 自由度 的复合运 动 ， 、 其
灵 活性相 当大 。与 常见 的 串联 运 动机 构 不 同 ， 由于该
作 用下 的状况 ， 为装备 布 放 回收 获取 可 靠 的试 验数 据
及理论 依据 。 目前 六 自由度 运动 平 台通常 采用 机械 控
图 １ 系 统 组 成 结 构
２ 液压 控制 系统 的设 计
制 和 电液 控 制 两 种 方 式 ， 械 控 制 装 机 功 率 大 、 本 机 成
高， 适用 于小 功率 的 系统 ； 电液 控 制 能 量 密度 大 ， 有 具 输 出力 大 、 够集 中控制 等优 点 ， 能 故该六 自由度平 台控 制 系统采 用 电液伺 服系 统 。
六自由度液压运动平台的自动控制
编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：六自由度液压运动平台的自动控制信机系机械工程及自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：副教授）（职称：）2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）六自由度液压运动平台的自动控制是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。
其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班级：学号：作者姓名：2013 年5 月25 日无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目六自由度液压运动平台的自动控制2、专题二、课题来源及选题依据六自由度运动平台，由于有极为广阔的应用前景，六自由度运动平台是由六支油缸，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六只油缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态，可广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中。
在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。
由于六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域，因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。
三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1．查阅资料，了解国内外多自由度运动平台的现状和发展趋势。
2．确定总体方案，设计六自由度运动平台的本体结构和液压伺服系统并完成相关工程图的设计。
解析六自由度运动平台控制系统
解析六自由度运动平台控制系统摘要：经过多年深入的研究，现在的Stewart平台与最初设计的结构稍微有些差别。
目前常见的六自由度运动平台主要利用六个驱动杆作为支撑和驱动机构，每个驱动杆两端分别用球铰和虎克铰连接在动平台和静平台上，通过六个分支的伸缩实现动平台任意位置与姿态的运动。
本文就六自由度运动平台控制系统展开分析。
关键词：六自由度；运动平台；控制系统1.六自由度运动平台结构特点及应用六自由度运动平台是模拟器的关键部件之一，它是一个空间并联运动机构。
理论上说，六自由度并联平台的驱动方式可以有多种，但最佳选择当属液压驱动。
电液伺服驱动的平台有结构简单、空间占用体积小、施力大等优点。
六自由度电液伺服运动平台是一个集多领域技术于一体的运动控制机构，它与空间几何学、运动学、动力学、液压传动、控制理论及应用、计算机软硬件设计与实现等学科都有关联。
这种并联结构在性能上独具特色，它的刚度好，其多支撑结构抗外负载干扰能力强；承载能力强且无误差积累，运行精度高；就实现多自由度运动而言，它的运动复杂性只影响系统的控制软件，各作动器之间的运动耦合小，占地面积小，制造成本低。
当然，六自由度并联运动平台也有不足之处，目前对平台运动位姿进行直接测量仍然比较困难，一般采用由各作动器活塞杆伸缩量进行位姿正解求得，另外平台的工作空间范围较小，姿态变化幅度有限。
除了应用在飞行模拟器上以外，这种平台还广泛应用于其他的军用和民用模拟器领域，如各种潜艇驾驶模拟器和汽车驾驶模拟器。
1994年，华中理工大学和青岛潜艇学院合作研制了一台六自由度潜艇操纵训练模拟器，2000年又为中船总707研究所研制出研发型六自由度潜艇模拟器。
Thomson-CSF仿真与训练公司也分别为军方和民用部门设计了各种卡车驾驶模拟器，其系统模拟的环境是高度逼真的模拟器上一小时的训练效果相当于在真实卡车上受训两小时以上。
在国内，吉林工业大学国家汽车动态模拟实验室（ADSL）较早便从事汽车体感模拟训练研究。
基于电动机驱动的六自由度平台设计
基于电动机驱动的六自由度平台设计摘要：六自由度并联运动平台具有刚度大，便于实时控制，精度高，误差小，承载能力大等优点,是近几十年发展起来的新型产品,广泛应用于航空航天领域，汽车制造领域，船舶，医疗诊断，生物工程及民用娱乐等领域逐渐成为机器人领域的研究热点。
近些年来,对于六自由度并联运动平台实时控制方法的研究引起了世界上众多学者的广泛关注,大多采用液压驱动为主，但对于要求反应快，动作灵敏的控制平台，液压控制系统无法达到要求，使用电动机驱动平台，可以解决此问题。
关键词：六自由度平台，实时控制，电动机1 绪论1.1 引言并联六自由度平台是具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖实验设备，是一种以计算机技术、控制理论、空间机构学、图像处理和人机工程学为基础的复杂系统。
最早的空间六自由度并联机器人是1965年D. Stewart提出并研制的,也称为6-SPS机构，即著名的Stewart平台机构，与传统的串联式多自由度运动机构相比,它具有承载能力强,刚度好,无积累误差,精度高等优点。
根据上、下各六个万向绞相对分布的不同,该机构可分为多种类型,其运动学已有许多学者进行了研究。
进入80年代特别是90年代以来,六自由度运动平台越来越广泛的应用于机器人、并联机床、空间对接计术、航空航海设备、摇摆模拟以及娱乐设施上。
目前我国的六自由度平台设计水平和制造水平与西方发达国家相比差距还是相当大,对六自由度平台控制理论、控制系统与技术研究的这些领域内的关键课题所做的工作还很粗浅。
因此对六自由度的关键组成部分进行深入的理论分析和实验研究,尽快研制出性能优良的六自由度平台,提高我国的仿真技术水平,具有重大的理论意义和实际应用价值。
六自由度运动平台是用于飞行器、运动器（如飞机、车辆）模拟训练的动感模拟装置，是一种并联运动机构，它通过改变六个可以伸缩的作动筒来实现平台的空间六自由度运动（垂直向、横向、纵向、俯仰、滚转、摇摆），即X、Y、Z方向的平移和绕X、Y、Z轴的旋转运动，以及这些自由度的复合运动。
对六自由度机械臂智能控制系统设计分析
对六自由度机械臂智能控制系统设计分析关于六自由度机械臂的智能控制系统来说，主要的研究工作就是為了能够促进机械臂根据相关操作人员的命令指示实现各种规定动作，为此需要科学规划机械臂的轨迹动作，随后在其中的所有关节轴位置通过科学控制方式让机械臂实现预期动作。
而控制算法则是让机械臂保持准、平滑动作的重要步骤。
控制算法设计过程中通常是以运动学模型为基础，本文以六自由度机械臂动力模型为基础进行了设计与研究。
一、六自由度机械臂控制系统的算法设计1.建立模型如图1所示，六自由度机械臂中的机械结构主要包括六种自由度，是一种三维开环链式的结构，自下而上可以分成旋转臂、富养臂和基座等部分构成，而机械臂中的这些结构又由六种不同的旋转关节作为连接体，也就是腕部回转、腕部偏转、腕部俯仰、肘部仰俯、肩部仰俯和肩部回转等。
通过对上述六种状态进行全面准确控制，就能够让机械臂在相应的工作环境内实现自由的状态变化。
图1 机械臂模型针对上述文中提到的六种关节运动模式，参考D-H原则和右手规则，建立起运动坐标系，随后结合机械臂内部互相连接的杆件之间所拥有的一种空间几何联系，建立起针对六自由度机械臂运行过程的方程式，从而能够将机械尾端位置和机械关节坐标之间的联系性准确展示出来，其中比较常见的就是逆运动学模式。
同时自动化的机械臂控制器还能以逆运动学理论为基础，在设计完美运动轨迹的过程中，让机械臂内部各种关节能够实现目标角度值，随后在通过合理调整关机位置，对机械臂进行科学控制。
在建立机械臂构型后，还应该明确相应的运动学参数。
在六自由度机械臂中，本文主要通过D-H规则来科学选定运动参数，并通过齐次方程对六自由度机械臂中的连杆在坐标系中的几何关系进行确定。
利用齐次矩阵对相邻连杆之间的几何联系通过齐次矩阵进行准确描述，随后就可以推理出机械臂在参考坐标系中的末端位置。
2.规划算法规划轨迹属于一种能够控制六自由度机械臂整个运动状态的重要步骤，在各种形式不同的运动方式下，需要使用合理的轨迹规划算法，从而了解到恰当的轨迹曲线属于一项较为简便的规范轨迹算法。
六自由度位姿调节平台控制系统设计解读
六自由度位姿调节平台控制系统设计专业：机械设计制造及其自动化学生：徐瑞指导老师：朱兴龙完成时期： 2015年6月1日扬州大学机械工程学院摘要六自由度平台在生活和实验设备得到了广泛的应用，例如各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中，在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。
为其他试验设备提供了一个可以进行各种姿态调节的支撑平台，方便其他各种实验的展开。
由于六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域，因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。
同时平台的姿态能够实时调节、精确度自动化程度高等优点。
近些年来，对于六自由度平台的控制得到了关注和研究。
本文将针对实验室现有的调节平台，设计其控制系统，使位置、姿态调节更加方便快捷。
首先需要进行控制系统总体方案论证，确定可行的总体方案。
同时在详细了解实验室现有的调节平台的结构的基础上，根据相应的性能要求确定电机、驱动器、控制器型式，建立了六自由度位姿调节平台的运动学模型，进而建立了六自由度位姿调节平台的运动学方程，设计控制系统线路图，重点考虑电机运动到极限位置时“卡死”问题，设置加以控制，最后采用VC++6.0开发工具，在Windows 环境中对控制软件进行功能开发，实现电动、自动功能，解决电机运动到极限位置时“卡死”问题。
关键字: 六自由度位姿调节平台；极限位置；运动学模型；行程开关ABSTRACTSix degrees of freedom platform and experiment equipment has been widely used in life, such as all kinds of training simulator such as flight simulator, ship simulator, the navy helicopter landing simulation platform, the tank simulator, vehicle driving simulator, the train driving simulator, the earthquake simulator and action movies, entertainment and other fields, even available space spacecraft docking, refueling tanker docking.In processing can be made into six axis linkage machine tool, dexterous robot, etc.For other test equipment provides a can undertake all kinds of posture adjustment support platform, convenient and other various kinds of experiments.Due to the development of the six degrees of freedom motion platform, mechanical, hydraulic, electrical, control, computer, sensors, space motion mathematical model, the real-time signal processing, graphical display, dynamic simulation and so on a series of high-tech fields, therefore the development of the six degrees of freedom motion platform into institutions of higher learning, research institute's iconic symbol of hydraulic and control level.At the same time platform attitude to real-time adjustment, high automation degree of precision.In recent years, the six degree of freedom platform control to get the attention and research.This article will focus on the adjustment of the existing laboratory platform, design of its control system, make position, posture adjustment more convenient and quick.First need to control the system overall scheme demonstration, deciding the overall concept of feasible.In details about the lab at the same time, on the basis of existing to adjust the structure of the platform, according to the requirement of the performance of the corresponding type of motors, drives, controller, set up the kinematics model of six degrees of freedom posture control platform, and then established the kinematics equation of six degrees of freedom posture adjusting platform, design of control system circuit diagram, emphasizing on the electric motor to the limit position "stuck" problem, set control, finally in the software development environment using c language to controlthe function of software development and implementation of electric and automatic functions, solve the electric motor to the limit position "stuck" problem.Key words : six degrees of freedom posture adjusting platform;Limit position;The kinematics model;Travel switch目录摘要·············································································································· ABSTRACT ···································································································第一章引言···································································································1.1课题来源······························································································1.2国内外现状···························································································1.3本文的主要内容·····················································································第二章六自由度位姿调节平台控制系统的总体设计方案···········································2.1原控制系统方案及存在的问题····································································2.2现控制系统方案及解决的问题···································································第三章控制系统设计························································································3.1六自由度调节平台的运动学模型································································3.1.1 D-H方法简介·················································································3.1.2 运动学模型····················································································3.2 硬件设计·····························································································3.2.1电机选型·······················································································3.2.2驱动器选型·····················································································3.2.3控制器选型·····················································································3.2.4传感器选型·····················································································3.2.5控制系统原理图··············································································3.3 软件设计·····························································································3.3.1开发环境介绍·················································································3.3.2软件界面·······················································································3.3.3 程序片段·······················································································第四章结论····································································································参考文献········································································································致谢··············································································································第一章引言1.1课题研究意义本课题是结合视觉测量中标靶、摄像机需要进行位姿和姿态的调整，针对实验室现有的调节平台，设计一种具有六自由度调节平台的控制系统，使位置、姿态调节更加方便快捷，同时针对电机运动到极限位置时“卡死”问题解析解决。
六自由度液压平台系统设计与有限元分析
摘要六自由度运动平台是一种空间运动的模拟器，在其允许的工作范围内可完成任意空间运动的模拟，目前已广泛运用于军事、航天航空、游戏娱乐、汽车制造等领域。
其工作原理：下平台固定，借助六支油缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
六自由度运动平台系统是由液压站、工作平台、伺服系统和电气控制系统组成。
液压站包括泵组、蓄能器组、阀组、滤油器组、油箱、冷却器组及附件等。
工作平台是由上平台、下平台、6个虎克铰链、6个球铰链及其他附件等组成。
伺服系统包括伺服放大器、比例伺服阀、伺服油缸、位置传感器、伺服电机等。
电气控制系统包括继电器、按钮、限位开关、熔断器等电气元件。
在本次设计中，首先确定六自由度运动平台系统的工作方式：由液压站提供动力，使液压缸运动，6个液压缸并联运动带动工作平台在空间6自由度的运动；位移传感器将位移信号传送给伺服控制系统，并转换信号控制伺服阀的阀芯运动从而控制液压油的流量，进而控制液压缸的进给量与进给速度；设计电气原理图，控制整个系统的开关、报警、紧急制动等。
本次设计完成内容有：1、工作平台的总设计：确定工作平台的结构并计算自由度确定结构的合理性，再根据参数设计上平台与下平台的大小与结构。
2、根据计算，选定液压缸的型号为：CK F/20-80/56*0400-C406-A-B1E3X1Z3。
3、确定液压原理图，设计液压站，计算相关参数并对相关零件进行选型，以及油箱、油箱盖、阀块的设计。
4、确定伺服系统，根据计算，对相关零件进行选型。
5、设计电气原理图，控制整个系统的开关、报警、紧急制动等。
6、对油箱体理想化后进行有限元分析并得出结论。
关键词：六自由度，液压，六自由度液压平台，有限元分析，液压站/ 53 / 53目录1 绪论 01.1 课题背景及意义 01.2六自由度平台国内外研究状况 (1)1.3 课题研究方案 (2)2 总方案设计 (4)2.1设计思路 (4)2.2液压站组成设计 (4)2.3工作台组成设计 (7)2.4液压油走向设计 (7)2.5 控制系统设计 (9)3 六自由度工作台结构设计 (10)3.1工作台的总体设计 (10)3.2六自由度平台的合理性分析 (12)3.3上平台与下平台的设计 (12)4 液压缸的选型 (16)4.1确定油缸的最大推力 (17)4.2确定油缸的基本尺寸 (18)4.3确定油缸的工作压力 (19)4.4确定所用位移传感器的类型 (19)4.5确定安装方式 (19)4.6行程的确定 (20)4.7缓冲器的选择 (20)4.8支撑环的选择 (21)4.9密封形式的选择 (22)4.10油口和缓冲调节器的组合位置 (22)4.11阀安装底板 (23)4.12确定液压缸型号 (24)5 液压站的设计 (25)5.1确定液压系统原理图 (25)5.2液压泵的选型 (26)5.3电机的选型 (28)5.4蓄能器的选型 (29)5.5过滤器的选型 (29)5.6冷却器的选型 (30)I / 53I / 535.7温度表选型 (30)5.8压力表的选型 (31)5.9液位计的选型 (31)5.10阀块的设计 (31)5.11 油箱的设计 (32)5.12 油箱盖的设计 (34)6 伺服系统的设计 (36)6.1 比例伺服阀的选型 (36)6.2 先导式溢流阀的选型 (37)6.3 伺服放大器的选型 (39)6.4 位移传感器的选型 (39)7 电气原理图的设计 (40)7.1 主电路的设计 (40)7.2 控制电路的设计 (41)8 有限元分析 (43)致谢 (47)参考文献 (48)II / 53II / 531 绪论1.1 课题背景及意义六自由度运动平台是一种空间运动的模拟器，在其允许的工作范围内可完成任意空间运动的模拟，目前已广泛运用于军事、航天航空、游戏娱乐、汽车制造等领域。
六自由度运动平台PID控制系统仿真研究
六自由度运动平台PID控制系统仿真研究摘要Stewart 平台的出现始于 1965 年德国学者 Stewart 发明的具有六自由度运动能力的并联机构飞行模拟器。
目前经典的 Stewart 平台机构由上、下两个平台和六个可伸缩的支腿以及它们之间的连接铰链构成，其下平台通常为基台（Base-platform）,上平台通常为负载平台（Payload-platform）（即 Stewart 平台的工作平台）。
Stewart平台通过六个支腿的伸缩运动可以实现负载平台在工作空间范围内的六自由度运动，并具有刚度高、精度高、承载能力强、动态特性好等优点，因此近年来被广泛应用于并联机床、精密定位平台和振动隔离平台等方面。
Stewart 平台在并联机床和精密定位平台方面的应用相对成熟，已有实用化的商品供应市场。
Stewart 平台应用于六自由度振动隔离平台的研究与开发相对发展较晚，不仅开发的系统远未达到实用化水平，其理论领域的研究也多属空白，其根本原因是应用于振动隔离的 Stewart 平台的基台是运动的，随之而带来许多新的问题。
到目前为止，在 Stewart 平台的理论研究方面已取得一些研究成果，比如Mille（r1992）使用 Lagrange 动力学方程建立了 Stewart 平台的动力学模型；Dasgupta和 Mruthyunjaya（1998）使用 Newton-Euler 动力学方程推导出闭合形式的 Stewart平台的动力学模型；Codourey 和 Burdet（1997）、Wang 和 Gosselin（1998）、Tsai（2000）等人分别利用虚功原理建立了 Stewart 平台的逆动力学模型。
但是，上述关于 Stewart 平台的动力学模型都是在假设Stewart 平台的基台固定不动的情况下建立的。
本文的主要研究工作和意义如下：1、基于 Dasgupta 提出的在基台固定情况下的 Stewart 平台的动力学模型，在Matlab/Simulink 环境下建立了 Stewart 平台闭环动力学仿真系统。
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着现代工业自动化和智能制造的快速发展，六自由度（6DOF）机械臂作为一种重要的自动化设备，在工业生产、航空航天、医疗康复等领域得到了广泛应用。
本文旨在设计一个六自由度机械臂控制系统，并对其运动学进行仿真分析。
二、六自由度机械臂控制系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统硬件主要包括机械臂本体、驱动器、传感器、控制器等部分。
其中，机械臂本体采用模块化设计，由六个旋转关节组成，每个关节均配备有电机驱动器。
传感器用于获取机械臂的位置、速度、加速度等状态信息，控制器则负责根据预设的算法对机械臂进行控制。
2. 软件设计软件设计是六自由度机械臂控制系统的核心部分。
控制系统采用分层结构设计，包括上层控制层和下层执行层。
上层控制层主要负责任务规划、路径规划、姿态控制等任务，下层执行层则负责接收上层控制层的指令，并通过驱动器控制机械臂的运动。
软件设计中，需考虑到实时性、稳定性和可扩展性等因素。
3. 控制系统算法控制系统算法是实现六自由度机械臂精确控制的关键。
常用的算法包括PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。
本设计中，采用PID控制算法，通过调整比例、积分和微分系数，实现对机械臂的精确控制。
三、运动学仿真分析运动学仿真是对六自由度机械臂控制系统设计的重要环节。
通过建立机械臂的运动学模型，可以分析机械臂的运动特性，为控制系统的设计提供依据。
1. D-H参数法建模采用D-H（Denavit-Hartenberg）参数法建立机械臂的运动学模型。
通过确定各关节的连杆参数，建立连杆之间的相对位置和姿态关系，从而得到机械臂的空间姿态。
2. 正运动学分析正运动学分析是指根据关节角度计算机械臂末端的位置和姿态。
通过求解机械臂的正运动学方程，可以得到机械臂末端在笛卡尔空间中的位置和姿态信息。
3. 逆运动学分析逆运动学分析是指根据机械臂末端的位置和姿态计算关节角度。
六自由度机器人系统设计研究
六自由度机器人系统设计研究摘要随着工业机器人应用领域的不断扩大以及现代工业的快速发展，人们对工业机器人性能的要求越来越高，高速、高精度、智能和模块化成为目前工业机器人发展的主要趋势。
本文研究六轴工业机器人的系统设计，可以提高工业机器人性能的利用率和工作效率，对于工业机器人在工业生产中的应用具有广泛的实际意义。
关键词六自由度机器人；驱动；系统设计工业机器人是多学科交叉的综合性学科，集力学、机械工程、电子工程、机械自动化、计算机科学技术、传感器技术、人工智能等多种先进技术于一体。
随着工业机器人的快速发展，其在汽车制造、机械加工、焊接、热处理、上下料、打磨抛光、搬运码煤、装配、喷涂、检测等作业中得到越来越多的应用。
下面主要以六自由度机器人为例对其系统进行分析。
1 机器人系统从原理上讲，其由四部分组成：控制装置部分机械、本体部分、执行装置部分、传感器部分。
1.1 控制装置部分包括通讯、人机交互以及控制系统三部分，其功能是响应上位机的信号，并使机器人系统按照要求完成动作。
1.2 机械本体部分包括底座、臂部、手腕、末端操作器等部分，每一部分都有若干自由度，构成一个多自由度的机械系统。
1.3 执行装置部分即用来驱动机械系统动作的驱动系统，根据驱动源的不同，驱动系统可以分为电气、液压、气压三种以及把他们结合起来应用的综合系统。
1.4 传感器检测外部信号，并以某种形式发送给控制系统，作为拉制系统的外部输入信号[1]。
2 机器人总体方案设计2.1 设计原则（1）可靠性原则：可靠性问题对于结构复杂，环节较多的机器人极其重要，其贯穿到设计开发的各个环节：方案确定-本体设计-部件选择-制造-调速。
（2）转动惯量最小原则：为使机器人工作效率大幅提高，机器人在由一个工序结束处运动到另一个工序开始处时常以极高的速度运动，产生严重的振动和冲击。
为减少机器人冲击和振动，提高运动的平稳性及动力学特性，需采用转动惯量最小原则。
方法之一就是尽量减少各零部件的质量。
基于RTX六自由度电动平台控制系统设计与实现的开题报告
基于RTX六自由度电动平台控制系统设计与实现的开题报告一、选题背景和意义近年来，随着机器人技术的发展和应用范围的扩大，六自由度电动平台的控制系统逐渐成为研究的热点。
六自由度电动平台是一种具有六个自由度（三个平移自由度和三个旋转自由度）的机械平台，通常用于工业生产线上的物料搬运、自动化装配、医疗机器人等方面。
与传统机械装置相比，六自由度电动平台具有精度高、动作灵活、操作方便等优点，受到越来越多应用领域的青睐。
六自由度电动平台的工作原理是利用电机控制平台的运动，而电机控制则需要一个稳定可靠的控制系统。
因此，控制系统的设计和实现是六自由度电动平台的重要研究领域，对于提高六自由度电动平台的控制精度和稳定性，具有重要意义。
在这个背景下，本文选题基于RTX六自由度电动平台控制系统的设计和实现展开研究。
二、研究内容和目标本文的主要研究内容是基于RTX操作系统设计和实现六自由度电动平台的控制系统。
具体来说，研究内容包括以下几个方面：1. 六自由度电动平台的运动学分析。
2. 电机控制系统的设计。
该方面的重点是选择合适的电机控制器、电机控制算法和电路控制板。
3. 控制系统的软件设计。
该方面的重点是基于RTX操作系统设计软件结构，包括数据采集和处理、动作控制等方面。
4. 控制系统的硬件实现。
该方面的重点是将设计好的控制系统通过硬件实现的方式和六自由度电动平台相连接，以实现电动平台的控制。
本文的目标是实现一套稳定可靠的六自由度电动平台控制系统，并对其性能进行测试和优化。
通过本研究，可以为电动平台控制系统的开发提供规范和指导，同时为六自由度电动平台在物料搬运、自动化装配、医疗机器人等方面的应用提供技术支持。
三、研究方法和技术路线本文的研究方法主要采用理论研究和实验研究相结合的方式。
具体来说，先针对六自由度电动平台的运动学进行理论分析，并确定其运动模型和运动控制方案。
然后，通过物理实验对控制系统进行测试和优化，以验证理论分析的正确性和控制系统的稳定性。
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３０收稿日期：２０１１－０９－０５六自由度电动平台控制系统设计研究金 伟１，杨 斌２（１兰州城市学院培黎石油工程学院 甘肃兰州，７３００７０）（２兰州城市学院 甘肃兰州，７３００７０）摘 要：采用多轴运动控制器ＭＡＣ作为控制主体，基于“工控机＋运动控制卡”的模式，构建了一个开放式的六自由度电动平台控制系统。
实现了六自由度电动平台的基本控制功能。
建立了六自由度电动平台的故障保护系统及故障监控系统，并详细介绍了系统组成部分及实现过程。
关键词：故障保护系统；故障监控系统；六自由度电动平台；ＭＡＣAbstract: This dissertation applies the current high-powered servo controller MAC, based on “IPC+MAC ”，constructed an open numerical control system of 6-dof electric platform. The control software is designed with the functional modularization. The basic control functions of 6-dof electric platform are realized.Fault Protection System and Fault Monitoring System is established, and the components and the implementation process is described in detail.Key words: platform ; Fault protection system ; Fault monitoring system ; 6-dof electric- MAC中图分类号：ＴＰ１３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－９２２７（２０１１）０６－００３０－０３０ 绪 论近年来由于电机伺服系统性能的大幅提升以及电动缸控制性能的优越性，在小载荷和高精度控制领域电机驱动平台系统有取代液压驱动平台系统的趋势，因此开展对六自由度电动平台运动系统的研究有着非常重大的意义与巨大的发展前景。
本论文围绕搭建六自由度电动平台的控制系统实现实时运动控制而展开。
本控制系统采用“工控机＋多轴运动控制卡”作为硬件基础，搭建了本六自由度电动平台的硬件控制系统；开发出六自由度电动平台的控制软件，建立起六自由度电动平台软件控制系统，实现六自由度电动平台的实时控制。
构建六自由度电动平台故障保护系统及故障监控系统，实现电动平台的基本故障保护与远程故障监控。
１ 六自由度电动平台的结构与特点六自由度电动平台由下平台（固定底座）、运动平台、虎克铰和六个作动器（伺服电动缸）组成。
伺服电动缸通过虎克铰以并联的形式将固定底座和运动平台连接起来，因而六个伺服电动缸均可独立地伸缩。
通过六个伺服电动缸的协调伸缩，相对于固定下平台，运动上平台就可以灵活实现空间六个自由度方向上的位姿运动。
该结构具有以下特点：（ｌ）同串联机构的悬臂梁比较，六自由并联机构的运动平台由６个作动器同时支撑，结构稳定，刚度较大，且承载能力大；（２）串联式机器人的传动系统及驱动电动机大都固定在运动的大小臂上，导致系统惯性增加，动力性能恶化，而并联式则可将驱动电机置于固定底座上，减小了运动负荷，动力性能较好。
（３）串联机构的误差是相关运动关节误差的积累和放大，因此误差大而精度低。
而并联机构则误差趋向平均化，不存在如此的误差积累和放大关系，因而误差小、精度高；（４）并联式机器人组成结构往往为对称式，其各向同性好；（５）在运动学分析方面，串联机构正解容易，反解非常困难，而并联机构则与之相反，正解困难，反解容易。
多自由度机构运动过程中，需要进行实时反解运算，并联式容易实现，而串联式却十分不易。
２ 控制系统硬件体系结构２．１ 控制系统逻辑结构在自动控制系统中，输出量以一定准度随着输入目标值的变化而变化的系统称为伺服系统。
六自由度电动平台硬件控制系统的目标是：输入预定的目标位姿曲线，驱动伺服电机使电动缸推杆按照位姿曲线进行伸缩运动。
因此本文要搭建的六自由度电动平台控制系统就是伺服系统。
要实现对六自由度平台良好的控制，构建一个精度高，响应快速，稳定性好的伺服系统显然尤为关键。
电动平台硬件系统由工控机、运动控制卡、数字式直流伺服放大器、伺服电机及检测原件组成。
本系统以研华工控机（ＩＰＣ）作为上位机，以多轴运动控制器ＭＡＣ为下位机，电气伺服部分采用富士交流伺服电机，机械传动部分采用高精密滚珠丝杠。
控制软件通过ＭＡＣ系列运动控制卡发送脉冲给富士电机伺服放大器，从而驱动伺服电动缸按照给定轨迹完成伸缩运动。
在电动缸运动的同时，通过伺服电机中编码器将实际位置脉冲信号反馈到ＭＡＣ运动控制卡的接口，从而更准确地控制动平台六自由度电动平台控制系统设计研究 金 伟，等《自动化与仪器仪表》２０１１年第６期（总第１５８期）３１运动。
其逻辑结构如图１所示。
图１ 控制系统方框图２．２ 控制系统的硬件结构及性能介绍２．２．１ＭＡＣ运动控制器运动控制器是一种安装在计算机中通过编程发送脉冲实现伺服和步进电机运动控制的单元，它与计算机构成主从式控制结构。
运动控制器大都通过ＰＣＩ总线与计算机插槽相接。
工控机ＩＰＣ通过控制程序调用运动控制函数，经ＰＣＩ总线给运动控制器发送控制指令，运动控制器根据控制指令发送脉冲信号控制电机运转；同时通过通用１／０口采回电机当前实际位置与运行状态等，从而供ＩＰＣ机实现负反馈控制。
ＭＡＣ一３００２ＳＳＰＸ系列基于ＰＣＩ总线的高性能多轴运动控制卡，可以控制步进电机或伺服电机（脉冲串输入型）。
该系列卡以专用控制芯片为核心器件，其输出脉冲频率最高可达６．４ＭＨｚ，在内部完成Ｔ形、Ｓ形速度曲线的规划，从而实现自动减加速功能，可控制实现多轴直线插补以及任何两轴之间的圆弧插补，可与各种类型的驱动器连接，构成高精度位置控制系统或调速系统。
该卡是一种性能优越、功能强大的运动控制卡，适合于多轴插补联动等复杂用途。
六自由度电动平台有六个伺服电机，由于ＭＡＣ一３０ＯＺＳＳＰＸ系列最多只能实现四轴控制，因此选用运用了一个四轴运动控制卡和一个二轴运动控制卡来实现对六个伺服电机的控制。
２．２．２交流伺服系统系统的执行机构采用的是日本富士公司生产的ＦＡＬＤＩＣ一Ｗ系列全数字交流伺服统，包括电机及电机驱动器，是位置、速度、电流三环全数字化的交流伺服系统。
富士交流伺服电机及其驱动器由于性能稳定、功能齐全、操作简单在行业中有着很好的声誉该ＦＡＬＤＩＣ－Ｗ系列伺服系统标准配备减震控制功能，有２个ＲＳ－４８５通信接口，具有调试简单、高速响应、使用方便、控制方式多样化、超低振动和保护措施齐全等优点。
ＦＡＬＤＩＣ－Ｗ系列全数字交流伺服系统主要特点：高分辨率编码器：采用１３１０７２脉冲的高分辨率编码器。
提高了伺服电机旋转分辨率实现低速平稳的机械运行。
２．２．３限位开关在机器人运行过程中，有可能出现运动程序设计的欠缺或其他原因导致关节超出了运动空间。
这种情况非常危险，有可能造成飞车或设备损坏，因此必须在各关节上安装限位开关。
限位开关是数控系统中常用的故障保护开关，本文六自由度电动平台在六个电动缸分支上都设有负向的硬限位开关，安装在每一电动缸的下端端极限位置附近。
同时，本六自由度电动平台所设的负向限位开关为六个电动缸回零的参考点。
３ 控制系统软件界面和功能实现３．１ 软件设计功能要求（ｌ）上电、伺服控制功能：上电、伺服控制功能是运动控制器和被控机械本体建立联系的桥梁，运动控制系统通过它来完成对电机的控制运行从而实现相应的轨迹控制。
（２）交互功能：运动控制系统有很多状态信息需要实时地显示于操作界面上，以供操控者参照。
因此，良好的人机交互功能有助于系统的开发、测试、监控和维护，是衡量控制系统性能的重要指标之一。
（３）多任务并发处理能力：为了满足系统的实时性要求，多个功能和任务需要并发执行，因而对这些功能和任务进行合理的调度和并发处理，选择合理的数据结构，使其协调地工作是运动控制系统的必备功能。
（４）运动轨迹控制功能：运动轨迹的控制是控制系统的最重要功能。
根据需要的位姿反解计算得到的各末端执行电机轨迹信息，得出单个插补周期的各电机的运行量，进而控制平台各电机的运行，按预定轨迹达到平台预定的位姿。
（５）其他功能：报警提示功能，实时监测功能，参数设置功能等等。
控制系统软件界面３．２ 机器人辅助功能模块辅助功能模块包括：回停机位，机器人复位、机器人急停和退出程序。
这些功能是保证电动平台控制运行的重要基础。
各按钮与控件的功能及实现过程如下：（ｌ）回停机位。
六自由度电动平台在任何位姿时回到最低位。
平台的最低位为六个电动缸都触发光电开关时的位姿。
若点击“回停机位”按钮时，如果电机正在行，则首先结束电机的运行进程。
待各电机都停止后，发出指令使电动平台的六个电机都负向运行，即缩回电动缸。
电动缸上的滑片触发限位光电开关时，电机会得到指令立即停止运行。
当六个电机都停止运行时，电动平台便回到了停机位。
（２）机器人复位。
对于六自由度并联平台而言，一般都一个设定的平台中位。
因为中位是平台运行相对安全的位置，并且是进行运动学分析的初始位姿。
因此平台上电后行时都要将电动平台复位至中位再进行下一步运行。
机器人复位功能可以实现平台在何位姿运行至中位。
点击“机器人复位按钮”后，平台首先回到平台停机位，而后再发给平台六个电机指定正向脉冲数，从而实现平台的复位。
（３）机器人急停。
实现各电机在任何运动状态时立即停止。
其功能是当电动平台运行状况出现异常时，让各电机立即停止运转，避免事故的发生。
（４）退出程序。
关闭控制程序软件界面，退出控制程序，并结束运动控制卡与伺服放大器的伺服上电。
３．３ 机器人功能模块机器人功能模块主要包括：运动学逆解、点位运行、自动运行及查看各电动缸运行速度曲线。
其中点动运行与自动运行功能是实现对六自由度电动平台运动控制的标志。
（ｌ）运动学反解六自由度电动平台的反解算法在第二章中己经进行过详细介绍。
在控制程序中根据反解算法编制了电动平台的反解程序。
运动学反解算法是实现六自由度电动平台控制运动的关键，通过反解算法可以根据电动平台的位姿求解出六个电动缸的当前位置。
当电动平台的位姿发生改变时，六个电动缸的位置便发生相应的移动。
在编制的运动学反解对话框中，只要输入电动平台的第一点与第二点位姿，便可计算出与之对应的六个电动缸的位置以及两点位姿之间六伺服电机需要运行的脉冲数。
（２）点动运行对六自由度电动平台的点动控制是成功实现对电动平台控制运行的重要标志。