六自由度液压运动平台的自动控制
基于CoDeSys平台的六自由度工业机器人运动控制器设计
基于CoDeSys平台的六自由度工业机器人运动控制器设计王耀东;徐建明;徐胜华【摘要】针对ER50六自由度工业机器人,基于CoDeSys软件平台开发了一款机器人运动控制器;采用ARM+ CoDeSys架构和PLCopen规范进行六自由度工业机器人控制系统软件开发以及人机交互界面设计;首先根据D-H参数对ER50机器人进行运动学建模,并在此基础上封装ER50机器人正逆运动学功能块;然后对控制器的示教模块、点动模块以及在线编程模块进行软件开发并设计各个模块的人机交互界面;在ER50机器人上实现了运动控制器在线示教、点动以及在线编程等功能;最后通过直线和圆弧轨迹跟踪实验验证了运动控制器设计的有效性.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2018(026)009【总页数】6页(P103-107,125)【关键词】工业机器人;CoDesys;PLCopen;运动控制器【作者】王耀东;徐建明;徐胜华【作者单位】浙江工业大学信息工程学院,杭州 310023;浙江工业大学信息工程学院,杭州 310023;浙江工业大学信息工程学院,杭州 310023【正文语种】中文【中图分类】TP2770 引言随着机器人在现代工厂的广泛应用，机器人技术得到了迅猛发展，使得传统工业发生新的变革。
在生产、医疗、物流等新兴领域，机器人的应用改变了整个行业的发展模式。
面对现代工业发展需求的不断提高，降低生产成本、缩短开发周期和扩大应用领域尤为重要。
目前，机器人控制器多采用专用的控制器，成本高，开放性和移植性差。
这就需要开发出一套高开放性、可移植性和可扩展性的机器人控制系统。
控制器是机器人控制系统的核心，机器人的运动学求解、运动控制和轨迹规划等都由控制器完成。
控制器大致分为四类，基于单片机的控制器［1］、基于PLC的运动控制器［2］、基于PC运动控制卡的控制器［3］以及软件型运动控制器［4］。
其中基于PCI总线的运动控制卡控制方式和软件型运动控制器在当下运用最为广泛。
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。
六自由度平台控制流程
六自由度平台控制流程
一、设计阶段
1.确定平台运动范围
（1）确定平台的工作空间尺寸
（2）确定平台的最大移动范围
2.选择控制系统
（1）确定控制系统的类型
（2）选择适合的控制器
二、运动学建模
1.建立平台的运动学模型
（1）确定平台的坐标系
（2）建立运动学方程
2.运动学分析
（1）分析平台的各个自由度运动关系
（2）计算各关节的运动学参数
三、控制器设计
1.PID控制器设计
（1）确定PID控制器参数
（2）进行闭环控制设计
2.轨迹规划
（1）设计平台的运动轨迹
（2）确定平台的运动速度和加速度
四、软硬件实现
1.编写控制程序
（1）使用编程语言编写控制算法（2）软件实现运动控制
2.硬件连接
（1）连接传感器和执行器
（2）配置控制器和驱动器
五、系统调试
1.运动测试
（1）进行平台的手动控制测试
（2）检查各个自由度的运动是否正常2.控制效果验证
（1）进行自动控制测试
（2）验证控制效果和精度
六、性能优化
1.参数调整
（1）调整控制器参数
（2）优化控制算法
2.系统稳定性分析
（1）进行系统稳定性分析（2）确保平台运动稳定可靠。
实验报告
液压机械手实验报告一、实验介绍：实验对象为一有三个自由度的机械手，每个自由度的运动均由八个电磁开关阀控制，其中两个为方向控制，另六个为流量控制（即速度控制）。
实验要求对其中一个上下方向运动的自由度进行位置控制，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，驱动则是通过数据采集卡（Advantech 711B）的数字输出实现，控制软件采用Labview。
数据采集卡：实验中板卡基地址为220H，电压采集信号地址为Base+4，所用为A/D的0通道；数字输出地址为Base+13，通过实测，D/O第六路不能输出，故将原控制方向的6、7路改为0、7路，控制流量的阀改为1~5。
板卡电压采集的范围为0~+5V，而通过实测，目标自由度运动过程中反馈的电压范围为0.74~5.8V，故而确定目标控制电压范围为1.5~4.5V。
手动测试过程中发现控制流量的几个阀当中，除开启1号液压缸运动较慢外，开启其余几个运动均很快（速度随编号增加而增加），因此控制时间较短。
在实验中，第一次只控制1路和2路阀，其中1路阀用于控制慢速运动，2路阀用于控制快速运动，第二次实验增加了3路阀，这样速度运动就分成了三档。
二、实验方案：实验中根据PID算法算得偏差，来选择所开启的阀，偏差较大时选择大流量的阀，偏差较小时选择小流量的阀。
在程序启动初始化板卡以后，首先驱动液压缸运动到控制区域的起始位置（最下端），测得传感器反馈位置电压为2.6V，然后驱动液压缸运动到控制区域的末端位置（最上端），测得传感器反馈位置电压为3.5V。
电压为电压信号采集周期为20ms，电压精度为+0.1V。
三、实验过程：1. 手动控制手动控制方式主要是开关相应的流量阀和方向阀，以实现机械手在不同方向以不同的速度运动，比较简单。
2. 自动控制自动控制主要是实现基于位置反馈的闭环控制，并且，按照我们的预期，实现在偏差大的时候快速运动调整，偏差小的时候慢速运动调整，最后以达到指定位置精度范围内的区间即可，其实现的原理如下图所示。
“六自由度”资料汇整
“六自由度”资料汇整目录一、六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真二、基于Stewart结构的六自由度并联稳定平台技术研究三、模拟器中车辆动力学与六自由度平台联合仿真技术研究四、六自由度破碎机运动特性分析及控制研究五、六自由度并联机器人工作空间分析六、基于液压六自由度平台的空间对接半物理仿真系统研究六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真随着科技的不断发展，机器人已经广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
其中，六自由度机器人作为最具灵活性的机器人之一，备受研究者的。
本文将围绕六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真展开讨论，旨在深入探讨六自由度机器人的性能和特点。
关键词：六自由度机器人、结构设计、运动学分析、仿真六自由度机器人具有六个独立的运动自由度，可以在空间中实现精确的位置和姿态控制。
因其具有高灵活性、高精度和高效率等优点，六自由度机器人在自动化生产线、航空航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。
目前，国内外研究者已对六自由度机器人的设计、制造、控制等方面进行了深入研究，并取得了一系列重要成果。
六自由度机器人的结构设计主要包括关节结构设计、连杆结构设计及控制模块设计。
关节结构是机器人的重要组成部分，用于实现机器人的转动和移动。
连杆结构通过关节连接，构成机器人的整体构型，实现机器人的各种动作。
控制模块用于实现机器人的任意角度运动，包括运动学控制和动力学控制等。
在结构设计过程中，应考虑关节的负载能力、运动速度和精度等因素，同时需注重连杆结构的设计，以实现机器人的整体协调性和稳定性。
控制模块的设计也是关键之一，需结合运动学和动力学理论，实现机器人的精确控制。
运动学是研究物体运动规律的一门学科，对于六自由度机器人的运动学分析主要包括正向运动学和逆向运动学。
正向运动学是根据已知的关节角度求解机器人末端执行器的位置和姿态，而逆向运动学则是根据末端执行器的位置和姿态求解关节角度。
对六自由度机器人进行运动学仿真，有助于深入了解机器人的运动性能。
基于ADAMS的六自由度运动平台运动学分析
: a11 a 12 a 22 a 32 a 13 a 23 a 33 a21 a31
RPY ( C , B , A) = Ro t( z, C ) Ro t( y, B) R ot(x, A) =
式中: a 11 = cos( C) cos( B); a12 = cos( C ) sin ( B) sin ( A) - sin ( C ) cos( A); a13 = cos( C) sin ( B) cos ( A) + sin (C ) sin ( A); a 21 = sin( C) cos( B); a 22 = sin ( C) sin ( B) sin ( A) + cos( C ) cos( A); a23 = sin ( C ) sin ( B) cos( A) - cos( C) sin ( A); a 31 = - sin ( B); a 32 = cos( B) sin( A); a33 = cos( B) cos( A). 可以求出 a 1, a 2, a3 三点在定系中的坐标分别为 A 1 ( x 1, y 1, z1 ), A 2 ( x 2, y 2, z2 ), A 3 ( x 3, y 3, z 3 ). 进而得出液压缸的长度分别为 : Li = 式中: n 11 = a 12 r + p x + py + ni 1 + n i2 + n i3
+ px + r; n62 = -
① 液压缸位移 ( 伸长量 ):
# 72# vi = si = ③ 液压缸加速度:
福州大学学报 ( 自然科学版 ) 1 ( ni 1 n i1 + n i2 n i2 + n i3 n i3 ) Li ai = & si = vi (i= 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6)
六自由度液压平台系统的设计与有限元分析
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，液压站目录1 绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2六自由度平台国内外研究状况 (2)1.3 课题研究方案 (3)2 总方案设计 (5)2.1设计思路 (5)2.2液压站组成设计 (5)2.3工作台组成设计 (8)2.4液压油走向设计 (8)2.5 控制系统设计 (10)3 六自由度工作台结构设计 (11)3.1工作台的总体设计 (11)3.2六自由度平台的合理性分析 (13)3.3上平台与下平台的设计 (13)4 液压缸的选型 (17)4.1确定油缸的最大推力 (18)4.2确定油缸的基本尺寸 (19)4.3确定油缸的工作压力 (20)4.4确定所用位移传感器的类型 (20)4.5确定安装方式 (20)4.6行程的确定 (21)4.7缓冲器的选择 (21)4.8支撑环的选择 (22)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 (23)4.11阀安装底板 (24)4.12确定液压缸型号 (24)5 液压站的设计 (26)5.1确定液压系统原理图 (26)5.2液压泵的选型 (27)5.3电机的选型 (29)5.4蓄能器的选型 (30)5.5过滤器的选型 (30)5.6冷却器的选型 (31)5.7温度表选型 (31)5.8压力表的选型 (32)5.9液位计的选型 (32)5.10阀块的设计 (32)5.11 油箱的设计 (33)5.12 油箱盖的设计 (35)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)1 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。
六自由度汽车驾驶运动模拟器设计
摘要汽车驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人—车—环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。
近年来，由于具有安全性高、再现性好、可开发性强、成本低等显著特点，研究开发驾驶模拟器已经成为国内外一个重要发展方向。
本文在查阅国内外大量资料的基础上，结合老师的研究课题主要对六自由度汽车驾驶模拟器液压系统部分进行设计。
六自由度汽车运动模拟器采用液压伺服阀控制液压缸来驱动模拟平台的运动，以实现汽车驾驶模拟器运动姿态模拟。
本文主要进行机械机构的设计、液压伺服系统设计、液压泵站设计和液压缸的设计等。
通过模拟器的机构设计和驱动液压伺服系统设计，结合电气系统能够实现汽车在不同运行状态的模拟，当驾驶员坐在驾驶舱系统的座椅上进行模拟驾驶时，完全能够感受到实际汽车驾驶的各种体感，为实车训练驾驶提供了可替代的模拟平台；本设计也为今后的进一步研究及其在娱乐模拟器、动感电影等产业的实际推广和应用方面奠定了基础。
关键词：汽车驾驶模拟器六自由度运动平台液压伺服系统运动姿态控制AbstractThe Automobile-driving i an important tool which used for the development of auto mobile product and the study of the transportation characteristics of “man-car-environment”or the driver training .In recent years, the study of the automobile-driving simulator used for development has become an important development direction in the world because of the notable characteristics of high safety, well reappearance of scene, easy to develop and low cost.This article is based on searching the large quantity of information about at home and abroad, and combines with the tea cher’s research task which mainly designs the part of 6-dof driving Simulator of hydraulic system .The 6-dof motion simulator adopts valves of hydraulic servo to control actuator to drive the movement of driving simulation platform, and to achieve the movement posture simulation of the automobile driving simulator. This article is mainly about the designing of machine, the system of hydraulic servo, hydraulic pump station, and actuator and so on.According to the designing of agencies of simulator and hydraulic servo system, it can combines the electrical system which can bring out the imitation of cars in different movement conditions, when the driver simulating drive on the seat of cockpit system, you can feel the feeling of driving a true car, and it also offer the simulator platform which can be replaced for true driving training. At the same time, this designing is also establishes for the further researches and the practice extension and use.Keywords:Driving-automobile simulator, 6-dof of motion platform, the system of hydraulic servo, the control of campaign attitude目录1绪论 (1)引言 (1)国内外发展现状 (2)1.2.1国内外研究和发展概述 (2)1.2.2驾驶模拟器的应用和发展 (3)课题任务 (5)论文的主要研究内容 (5)2 运动学及力学分析 (6)六自由度运动模拟器机构位置反解 (6)2.1.1坐标系的建立 (6)2.1.2广义坐标定义 (6)2.1.3坐标变换矩阵 (7)2.1.4液压缸铰支点坐标的确定 (8)2.1.5位置反解 (10)六自由度运动模拟器机构位置正解 (11)静力学分析 (11)3 机械及液压部分设计 (12)运动模拟平台的设计 (12)3.1.1液压缸内壁D活塞杆直径d的计算 (12)3.1.2液压缸壁厚和外径的计算 (14)3.1.3缸盖壁厚的确定 (14)3.1.3液压缸工作行程的确定 (15)3.1.4缸体长度的确定 (15)3.1.5液压系统的计算 (15)液压泵站 (17)铰链的设计 (18)执行机构单元组成 (21)电液伺服控制单元与液压系统 (22)反馈单元 (23)4 电气部分设计 (24)电气原理及接口设计 (24)4.1.1MCS-51系列单片机的引脚及其功能 (24)4.1.2单个电液伺服液压缸位置控制电路设计 (26)4.1.3扩展电路 (26)电气原理图 (27)5 结论 (28)本文结论 (28)本文研究工作的不足 (28)参考文献 (29)致谢 (30)1绪论引言驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人－车－环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。
飞行模拟机液压型运动系统研究
飞行模拟机液压型运动系统研究摘要：本文对全飞行模拟机液压运动系统进行了详细的分析和阐述，主要介绍了模拟机六自由度运动系统的工作原理和飞行方程；以及模拟机液压系统的能量流向原理和主要部件。
针对液压系统的运行特点着重提出了相应的维护措施。
关键词：飞行模拟机六自由度运动系统液压系统1 全飞行模拟机简介全飞行模拟机是一个典型的人在回路的仿真系统。
它能够复现真飞机在空中的各类复杂的飞行环境，用于飞行员进行起飞、爬升、巡航、着陆以及各种复杂飞机故障处理的训练；同时也可以对飞行员在飞机的飞行性能、操纵品质及飞机的系统性能方面进行全面评估和分析。
全飞行模拟机由模拟机座舱系统、运动系统、视景系统、音响系统、操纵系统及仿真计算机组成。
各种飞行系统的数学模型通过运动系统、视景系统、音响系统给飞行员提供真实的多维的的仿真环境，使得飞行员获得如同真实飞机飞行中完全相同的飞行感知，从而达到训练的目的。
2 六自由度运动系统目前国际上通常采用的运动系统是六自由度（6DOF-Degree OfFreedom）的运动系统。
采用六个相同的伺服作动筒，通过运动计算机及相关的接口进行实时控制，从而让模拟机座舱平台按飞行方程的计算结果进行俯仰、倾斜、偏航三个姿态角运动以及升降、纵向、侧向三个线性运动。
根据国家标准建立的飞行运动方程可以计算着六个自由度的各自运行量飞行运动方程可以完成飞机六自由度非线性全量运动的解算，获取飞机的姿态和位置，同时计算其它的飞行参数，如高度、速度等。
其中，起落架的力和力矩模块的计算会受到前轮操纵角、刹车已经其它轮子的速度的影响。
而该运动方程的模块就是根据飞行系统提供的飞机速度、加速度、高度、飞机质量等变量的数值来进行计算，得到运动平台各个作动筒的运动行程，指挥作动筒按不同的运动距离来伸缩，从而使得模拟机可以真实地模拟飞机的飞行姿态。
3 液压系统简介目前国际上最常见的运动系统包括液压和电动两种。
而液压型的运动系统以其工作的超大功率和超长的稳定获得了广泛的使用。
六自由度液压运动平台的自动控制
摘要六自由度运动平台，由于有极为广阔的应用前景，可以完成在空间六个自由度（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上。
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。
通过六自由度运动平台的机构特点及应用，可以在平台控制总体设计的基础上完成液压伺服系统的建模工作,在Matlab软件中对系统进行了仿真分析,将常规PID控制和基于神经网络算法的先进PID控制方法进行对比,仿真结果表明基于神经网络的PID控制方法对伺服系统具有良好的控制效果,同时也证明了电液伺服控制系统设计的合理性,将控制策略应用于样机平台,平台运行稳定,流畅。
为平台控制的进一步改进和完善奠定了基础。
关键词：六自由度平台；液压；PID控制AbstractSix degree of freedom motion platform, because there is a very broad application prospects, can be completed in the space of six degrees of freedom (X, Y, Z, alpha, beta, gamma) movement, which can simulate various spatial motion, can be widely applied to various training simulator. As the development of six degree of freedom motion platform, relates to the mechanical, hydraulic, electrical, control, computer, sensor, the spatial movement mathematical model, real-time signal transmission and processing, graphic display, dynamic simulation and so on a series of high-tech fields, so the development of six degree of freedom motion platform into colleges and universities, research institutes to hydraulic and control field level symbol.Through the mechanism, characteristics and application of six degree of freedom motion platform, can complete the modeling of hydraulic servo system based on the general control platform design, in the Matlab software to simulate the system analysis, the conventional PID control and PID neural network algorithm based on advanced control methods were compared, the simulation results show that the PID neural network the control method has good control effect of the servo system based on, it also proved that the design of electro-hydraulic servo control system is reasonable, the control strategy is applied in the prototype platform, platform stable operation, smooth. As a platform to control the further improvement and laid the foundation for the perfection of.Key words：6-DOF platform；hydraulic；PID control目录摘要 (III)ABSTRACT .................................................................................................................................. I V 目录 (V)1绪论........................................................................................................... 错误！未定义书签。
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真一、本文概述随着机器人技术的快速发展，六自由度机械臂作为一种重要的机器人执行机构，在工业自动化、航空航天、医疗手术等领域得到了广泛应用。
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真研究对于提高机械臂的运动性能、优化控制策略以及实现高精度操作具有重要意义。
本文旨在深入探讨六自由度机械臂控制系统的设计原理与实现方法，并通过运动学仿真验证控制系统的有效性和可靠性。
本文将首先介绍六自由度机械臂的基本结构和运动学原理，包括机械臂的正运动学和逆运动学分析。
在此基础上，详细阐述六自由度机械臂控制系统的总体设计方案，包括硬件平台的选择、控制算法的设计以及传感器的配置等。
接着，本文将重点介绍控制系统的核心算法，如路径规划、轨迹跟踪、力控制等，并分析这些算法在六自由度机械臂运动控制中的应用。
为了验证控制系统的性能，本文将进行运动学仿真实验。
通过构建六自由度机械臂的运动学模型，模拟机械臂在不同工作环境下的运动过程，并分析控制系统的实时响应、运动精度以及稳定性等指标。
本文将总结六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真的研究成果，并展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为六自由度机械臂控制系统的设计与优化提供理论支持和实践指导，推动机器人技术在各领域的广泛应用和发展。
二、六自由度机械臂基本理论六自由度机械臂，又称6DOF机械臂，是现代机器人技术中的重要组成部分。
其理论基础涉及机构学、运动学、动力学以及控制理论等多个领域。
六自由度机械臂之所以得名，是因为其末端执行器（如手爪、工具等）可以在三维空间中实现六个方向上的独立运动，包括三个平移运动（沿、Y、Z轴的移动）和三个旋转运动（绕、Y、Z轴的转动）。
机构学基础：六自由度机械臂的机构设计是其功能实现的前提。
通常，它由多个连杆和关节组成，每个关节都有一个或多个自由度。
通过合理设计连杆的长度和关节的配置，可以实现末端执行器在所需空间内的灵活运动。
六自由度运动平台设计方案
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。
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。
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。
并联六自由度运动平台
并联六自由度运动平台1．概述并联六自由度运动平台通过六个驱动缸（伺服缸或电动缸）的协调伸缩来实现平台在空间六个自由度的运动，即平台沿x、y、z向的平移和绕x、y、z轴的旋转运动（包括垂直、水平、横向、俯仰、侧倾和旋转六个自由度的运动），以及这些自由度的复合运动。
并联六自由度运动平台可用于机器人、飞行模拟器、车辆驾驶模拟器、新型加工机床、及卫星、导弹等飞行器、娱乐业的运动模拟（动感电影摇摆台）、多自由度振动摇摆台的精确运动仿真等。
图0-1：六自由度及其坐标系定义图我公司通过自行设计、安装调试，并开发控制软件，同时采用进口关键件对并联六自由度运动平台进行研究开发，目前已完成多套六自由度运动平台应用，典型应用有列车风档液压仿真试验台、F1国际赛车运动仿真台、汽车驾驶模拟器、飞机和飞碟运动模拟器、振动谱试验、海浪模拟试验等。
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、动态仿真等一系列高科技领域，是液压及控制技术领域的顶级产品。
2．系统组成2.1液压伺服类典型的液压式并联六自由度运动平台主要由机械系统、液压系统、控制系统硬件和控制系统软件四部分组成。
机械系统主要包括：承载平台、上下连接铰链、固定座。
液压系统主要包括：泵站系统、伺服阀、驱动器、伺服油缸和阀块管路。
控制系统硬件主要包括：实时处理器、伺服控制单元、信号调理单元、监控单元和泵站控制单元。
控制系统软件包括：实时信号处理单元、实时运算单元、伺服控制和特殊要求处理单元。
2.2电动伺服类电动式并联六自由度运动平台则将伺服油缸用电动缸代替，而伺服阀、泵站系统及阀块管路等则相应取消，增加运动控制单元。
具有系统简洁、响应速度快等优点，是多自由度平台今后重点发展的方向。
3．主要技术参数以下参数为液压类平台典型值，具体可按用户要求设计制造。
3.1平台主要参数平台最大负载：静态≥2000KG，动态≥3000KG。
六自由度平台
（一）六自由运动平台介绍六自由度液压平台技术参数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（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液压和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、液压系统、控制系统。
1 六自由度平台空间机构技术参数六自由度平台结构效果图如图1所示。
图1 六自由度平台六自由度运动平台由上下平台和六个液压油缸组成。
六个液压缸上端点两两组成上平台三个支点，六个液压缸下端点两两组成下平台三个支点。
上下三个支点分别在假设的圆周上，并且是120o等分，既分别是两个等边三角形的顶点。
根据不同的运动范围，油缸的行程和上下平台半径不同。
结构如图2所示。
图2 六自由度平台结构图根据标书要求，六自由度平台结构参数如下：上平台半径： 0.8m；下平台半径：0.85m ；油缸最低行程时上下平台垂直距离：约1.17m；油缸行程：±0.20m。
2 六自由度平台空间运动空间运动的目标是实现平台在空间运动的三个姿态角度和三个平动位移，即俯仰、滚转、偏航、上下垂直运动、前后平移和左右平移，及六个姿态的复合运动姿态。
而空间目标是通过六个液压缸的行程实现的，这就需要一个空间的运动模型完成空间运动的转换，假设空间运动的目标俯仰、滚转、偏航、上下垂直位移、前后平移和左右平移用α，β，γ，X，Y，Z表示，六个油缸的行程用L（i）（i＝1、2、3、4、5、6）表示。
整个运动模型如下：L（i）＝TT（α，β，γ，X，Y，Z）其中，TT是一个空间转换矩阵模型。
由此实时算出每一运动时刻液压油缸的行程。
液压油缸的理论行程再通过D/A接口的转换，给出实际行程值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
3．建立控制系统的数学模型,使用PID控制方式提高系统的运动性能。
运用虚拟样机技术，在ADMAS环境下，对六自由度运动平台进行运动学和动力学的仿真。
4．完善各个部分，撰写设计说明书。
四、接受任务学生：班姓名五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任〔学科组组长研究所所长〕签名系主任签名2012年11月12日摘要六自由度运动平台，由于有极为广阔的应用前景，可以完成在空间六个自由度（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上。
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。
通过六自由度运动平台的机构特点及应用，可以在平台控制总体设计的基础上完成液压伺服系统的建模工作,在Matlab软件中对系统进行了仿真分析,将常规PID控制和基于神经网络算法的先进PID控制方法进行对比,仿真结果表明基于神经网络的PID控制方法对伺服系统具有良好的控制效果,同时也证明了电液伺服控制系统设计的合理性,将控制策略应用于样机平台,平台运行稳定,流畅。
为平台控制的进一步改进和完善奠定了基础。
关键词：六自由度平台；液压；PID控制AbstractSix degree of freedom motion platform, because there is a very broad application prospects, can be completed in the space of six degrees of freedom (X, Y, Z, alpha, beta, gamma) movement, which can simulate various spatial motion, can be widely applied to various training simulator. As the development of six degree of freedom motion platform, relates to the mechanical, hydraulic, electrical, control, computer, sensor, the spatial movement mathematical model, real-time signal transmission and processing, graphic display, dynamic simulation and so on a series of high-tech fields, so the development of six degree of freedom motion platform into colleges and universities, research institutes to hydraulic and control field level symbol.Through the mechanism, characteristics and application of six degree of freedom motion platform, can complete the modeling of hydraulic servo system based on the general control platform design, in the Matlab software to simulate the system analysis, the conventional PID control and PID neural network algorithm based on advanced control methods were compared, the simulation results show that the PID neural network the control method has good control effect of the servo system based on, it also proved that the design of electro-hydraulic servo control system is reasonable, the control strategy is applied in the prototype platform, platform stable operation, smooth. As a platform to control the further improvement and laid the foundation for the perfection of.Key words：6-DOF platform；hydraulic；PID control目录摘要 (III)ABSTRACT .................................................................................................................................. I V 目录 (V)1绪论........................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1课题背景及意义................................................................................. 错误！未定义书签。
1.2六自由度平台发展及应用................................................................. 错误！未定义书签。
1.3六自由度平台国内外研究状况 (3)1.3.1 国外研究现状 (3)1.3.2 国内研究现状.............................................................................. 错误！未定义书签。
1.4课题主要研究内容 (4)2 六自由度运动平台本体结构设计 (5)2.1平台主要性能指标 (5)2.2平台结构 (5)2.3平台驱动方式 (6)3 液压缸设计 (7)3.1简介 (7)3.2液压缸的设计 (7)3.3液压缸的密封设计 (10)3.4支承导向的设计 (10)3.5防尘圈的设计 (11)3.6液压缸材料的选用 (11)3.7液压泵的选择 (12)3.8电机的选择 (14)4 液压油路设计 (15)4.1液压设备外接线路 (15)4.2操作板 (15)4.3程序地址分配 (16)4.4芯片接线图 (17)4.5PLC程序指令 (20)5 液压伺服系统的建模与仿真 (25)5.1六自由度运动平台系统的总体设计 (25)5.2数学模型的建立 (25)5.2.1 单个作动器的数学模型 (26)5.3系统的控制及仿真 (26)5.3.1 基于常规PID的控制系统仿真研究 (26)5.3.2 基于BP神经网络的控制算法 (27)5.3.3 仿真实现 (28)6 液压运动平台的运动仿真 (30)6.1液压平台的基本结构设计 (30)6.2虚拟样机的建立与仿真 (31)6.2.1 零件建模 (31)6.2.2 装配设计 (32)6.2.3 运动分析 (33)6.3结束语 (36)7 结论与展望 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1绪论1.1课题背景及意义六自由度平台的研制对舰船运动规律的研究起着重要的作用平台可以在实验室中模拟舰船在海上航行时摇摆的情况将舰船在海洋中摇摆的姿态和运动真实地再现出来并能检测舰载直升机系统和各分系统在各种摇摆和位置姿态下的动态和静态技术性能。
该专用设备主要由机械运动系统、液压伺服控制系统、传感检测系统、信号采集处理系统、计算机控制系统和各种安全保护装置等组成可按试验要求实现六个自由度的旋转运动以及这些自由度的复合运动以达到模拟舰船在海上的垂荡、纵荡、横荡、纵摇、横摇和艏摇各种摇摆状况的目的。