6D动感平台

在航空航天、工业自动化等领域有很多承受复杂交变载荷的重要结构件，为保证设备的长时间稳定运行，需要在结构件装配工作之前进行多自由度加载疲劳测试。六自由度加载平台的任务便是来模拟试件运行过程中的受力环境，对保证试件运行的安全、稳定性有非常重要的作用。本设计对基于六自由度并联机构的加载平台进行了研究。

本文首先介绍了六自由度加载平台基本原理与结构组成，对六自由度并联机构进行数学建模和位姿正解/逆解的推导。然后使用 Matlab 和 Autodesk Inventor 建立了六自由度加载平台的机械结构模型，并对其进行运动，实现了单自由度、多自由度运动情况下位姿逆解、位置式 PID 控制、位姿迭代求正解和工作空间求解等。

之后，根据设计需求对机电系统（电机、伸缩杆、力传感器等部件）、控制系统（上位机控制系统、下位机控制系统、通信系统）进行了机电元器件选型，完成了基于STM32的六自由度加载平台控制系统的硬件、软件和界面（GUI）设计，实现了控制系统与Matlab平台控制与通信、力传感器信号调理与采集、伺服电机数据采集与闭环控制、系统运行状态检测与预警等功能。

本设计综合了机械建模、数学建模、运动、Simulink 、电路设计、嵌入式软件设计对六自由度加载平台进行了研究，完成了六自由度加载平台电气系统的设计与调试准备，为今后的六自由度加载平台实物调试奠定了一定基础。

动感平台简介

各主要部分简述如下：

本设备主要由以下部分组成：运动上平台、下平台(基座)、电动缸及伺服电机、驱动器系统、综合控制及监测系统。

各自功能如下：

上平台：是有效载荷的安装基面，提供六自由度的摇摆运动。

下平台：是六自由度摇摆台的安装基面，需要承受足够大的冲击力。

电动缸及伺服电机：通过控制电动缸活塞杆的行程，实现运动平台台体的六自由度运动，共6套。

驱动器系统：接收用户控制指令，通过控制伺服电机的输入，对伺服电机的输出转速和转角进行控制，达到控制电动缸活塞杆出速度和行程的目的，共6套。

综合控制监测系统：硬件为用户计算机，软件为研制方配合开发;同时，它还对平台的运动过程进行监测，预防和处理系统的异常情况。

6D动感平台的特点

1、摩擦损失小、传动。

由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滑动丝杠副的1/3,在省电方面很有帮助。

2、精度高。

滚珠丝杠副一般是用世界水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。

3、高速进给和微进给可能。

滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现的微进给。

4、轴向刚度高。

滚珠丝杠副可以加与预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强）。

5、不能自锁、具有传动的可逆性。

6D动感平台市场前景

目前，在“六自由度”这个领域，已经开发完成的项目有，拳击、马拉松和自行车。雪橇、雪车、越野滑雪、冬季两项、高山回转和激流回旋等这些项目的“六自由度”技术，眼下处于正在开发的状态。

“六自由度”运动平台涉及到机械、电气、计算机软件等多个领域的***知识，此前多应用于飞行器设计验证，飞行员培训等领域，现在与奥运项目的结合，也正是响应了体育总局提出“科技助力奥运”的号召。

可以肯定的是，能够模拟出各种空间运动姿态的“六自由度”，在未来将会有着极为广阔的市场前景。