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关于STEWART平台(又名HEXAPOD)在现实生活和工业中的使用
发布时间:2020-08-03 11:25

  本文南京全控将为您分析关于Stewart平台及其在现实生活和各个行业中的用法的信息。

  主要通过以下三个方面为您介绍

  斯图尔特平台和六足动物介绍

  Stewart平台的提示,技巧和注意事项

  在哪里可以看到或需要Stewart平台?

  一、斯图尔特平台和六足机器人介绍

  斯图尔特平台是一种用于精密位置和运动控制的特殊机电一体化系统,最初于1965年提出作为飞行模拟器。从那时起,Stewart平台受益于各种应用程序(更多信息,请参见本博客的第3节)。根据定义,Stewart平台也是一种并行机器人,但范围和移动性有限。

  该平台有多种变体,但大多数都有六个线性致动的支腿,支腿平台连接的组合有所不同。完整的组件是一个并联的机器人系统,由连接到固定底板的刚体顶部或移动板组成。顶板的中心至少由三个坐标定义,目的是在3D空间中移动该中心点。

  要移动上板,必须用执行器控制每对支腿(下部和上部),以改变支腿的总长度。通过独立控制每条腿的长度,并使用称为正向和反向运动学的数学计算,可以精确地更改顶部中心的位置。

  放置在顶板上的设备可以在六个自由度中移动,自由悬挂的物体可以在其中自由移动。这是三个线性运动x,y,z(横向,纵向和垂直),以及三个旋转(俯仰,滚动和偏航)。由于其运动,它也称为a或。

  每个Stewart平台都有2个关键的性能标准:中心位置的准确性和对位置更改命令的响应时间/速度。平台的机电部件以及系统控制器和软件在性能中起着重要作用。作为上述组件的混合体,Stewart平台属于机电工程学科的重点。

  在这种情况下,六足动物的简短定义也很有价值。搜索术语“ hexapod”时,您可能会看到两种不同的解释。六脚机器人是一种机械车辆,可行走六条腿。但这不应与hexapod平台混淆,后者也被描述为Stewart平台的一种特定类型,仅受6条腿限制。请记住,有几种类型的Stewart平台具有多于或少于6条支脚,尽管您很少会看到它们。

  二、Stewart平台的提示,技巧和注意事项

  首先,每个机械系统最薄弱的环节是活动部件的耦合性和耐用性。在Stewart Platform中,这些部件是支腿及其与顶板和底板的连接点。在我们的实验中,我们注意到平台的物理特性和性能非常容易受到运动间隙的影响(例如,电动机的反冲或连接螺栓中的间隙等)。为了使平台能够平滑地移动,每个关节都应受到精确控制。关节的位置不确定性将严重影响最终的“组合”位置误差。为了减少不确定性,应使用具有最小公差的精密制作的接头材料。尽管每一项精密制造都会带来成本负担。因此,与所有物理系统一样,价格与性能之间的权衡对于Steward Platform也同样有效。

  另一个重要因素是重量和惯性。相等的长度,大小和重量对于最小化夫妻不平衡的影响非常重要。对于减小惯性动量和重量,至关重要的是还要将DUT(DUT:被测设备,放置在顶板上并在Stewart平台上进行测试的设备)尽可能地靠近顶板的中心。 (负载)分配到执行器。

  用于控制腿部运动;执行器有2种不同的选择:线性伺服液压系统和电动机。两者都有优点和缺点,或者我们可以将其称为警告并在下面进行描述:

  液压系统适用于重载。但是它们体积大且难以控制,因此需要特殊的控制系统或算法来获得良好的线性性能。而且,与机电系统相比,液压系统的响应时间受到限制。

  电动机体积小,易于控制。使用线性电动机/执行器可使系统紧凑。但是很难找到大容量的线性电动机。使用旋转的常规电动机带来了新的复杂性,以将旋转运动转换为线性运动。

  由于成本和尺寸的限制,我们正在使用线性电动机/执行器来构建Stewart平台。小尺寸,低功率至中功率的线性电动机更易于查找和使用。但是,每台电动机的控制特性都各不相同,因此需要进行校准(输入命令与实际输出)以获得最佳性能并匹配每个关节的响应。

  最后,我们想分享一些有关反馈机制的见解。

  在Stewart平台中,需要2个反馈机制(或传感器)来进行有意义的测试。这些是:

  用于控制每条腿的位置的反馈。它来自每个执行器,并用于PID或类似的控制环来控制每条腿的运动。为此,大多数情况下使用编码器。

  用于感测平台的实际位置和方向的反馈,这也使您对DUT的位置和施加在其上的重力产生了想法。为此,使用了陀螺仪和加速度计或称为IMU / MPU的加速度计。

  让我们根据在Acrome的Stewart平台中的偏好给出每个案例的示例(更多信息,请参见第4节)。

  对于腿部反馈信号-我们正在使用线性致动器-我们正在使用致动器的集成反馈传感器。该传感器随执行器和制造商的类型而变化。在大多数情况下,执行器使用线性电位计作为传感器机构。然后需要一个模拟测量通道来测量信号。在某些情况下,使用非接触式磁条,这也需要进行模拟测量。在非常复杂的应用中,我们注意到数字传感器的用法,这些传感器的输出也有所不同,但是它始终处于某种数字通信协议中(SSI或CAN是广泛使用的选择)。

  对于DUT位置,我们更喜欢使用6 DOF陀螺仪或加速度计IMU,它在同一设备上结合了3轴陀螺仪和3轴加速度计。

  三、在哪里可以看到或需要Stewart平台?

  Stewart平台的主要应用之一是目标跟踪。在此应用中,目标可能是平台移动时的静止位置(例如对地静止卫星或雷达/搜索地面目标),或者目标可能是平台静止时移动的目标(例如太阳能/星体跟踪器应用)。射电望远镜实验是后一种情况的一个很好的例子,在这种情况下,借助Steward平台将望远镜的天线对准目标星系/星体。

  另一个广为人知的应用是在游戏行业和娱乐行业中看到的增强现实应用。XD电影体验(从4D端到12D为止)需要3D电影体验之外的任何东西。命名没有标准,但是任何与座位同步移动的电影体验都使用某种平台,这也可以称为特殊类型的Stewart平台。这里还应该有一种使用某种计算机通信接口将平台连接到场景生成器的方法。移动的“焦点对象”是在这种类型的Stewart平台中正在跟踪的对象,其中座位(或重力)是固定点。

  第三,Stewart平台还用于试验基于地形的车辆动力学。该应用领域有很多用例,大多数与悬挂系统有关。一个例子是座椅悬架,它可以在从自行车到太空发射器的各种车辆上实现。在这里,Stewart平台用作振动生成平台,用于模拟实验室中地形引起的车辆振动。

  下面为大家展示南京全控关于Stewart平台用于车辆模拟的应用。在该模拟器上,我们可以根据操作员的指令对车辆进行俯仰、翻转、滚动模拟运动。

  Stewart平台六轴并联机器人作为并联机器人产品中算法最复杂的一种,很难用只言片语来解释清其中的奥秘。南京全控作为国内一直致力于研发六自由度平台和工业机器人公司,将产品研发作为己任,不断推陈出新。

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