六自由度摇摆振动平台设计与制造

　　1 概 述

　　六自由度运动平台是有6个自由度的并联机构，最早由英国学者D.Stewart提出，也称Stewart平台。最初的设想是把这种机构用于工业机器人，但是，随着研究工作的深入和加强，Stewart平台己形成一个庞大的体系，并联机构的理论分析和工程应用已成为一个热门课题，应用领域也在不断扩展。

　　2 技术指标要求

　　1)功能：能模拟海浪环境、模拟海上振动环境，能对重载设备进行振动试验、冲击环境的模拟以及振动、冲击复合环境的模拟。

　　2)主要指标：系统平台负载10 t;行程800 mm;六轴联动最大平均速度300 mm/s;最高使用压力21 MPa;单缸推100 kN;单缸拉力50 kN。

　　3 系统组成及主要分系统

　　六自由度摇摆振动模拟平台，主要由控制及监控系统、动力泵站系统、模拟驱动系统、设备安装平台等部分组成，其总体框图，见图1。

　　3.1 控制及监控系统^[1]

　　控制及监控系统由计算机、运动姿态仿真软件、各种运动控制器、传感器阵列及其接口系统组成，其控制框图见图2。控制方式为二级分级控制，其中单缸控制系统由下位计算机、伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、位移传感器、压差传感器等组成，用于接收来自上位计算机的液压缸位置指令，控制液压缸的动作，并向上位机返回有关液压缸信息。上位机用于获取六自由度平台的位置状态，经计算转换为6个液压缸的位置指令，判断所给平台位置状态有否超出运动范围，向各单缸控制系统发出单缸位置控制指令，并接收来自单缸系统的信息，对平台运动进行监视。

　　3.2 动力泵站

　　动力系统是为模拟平台提供能源，由于液压伺服系统具有结构简洁、占用空间小、驱动力大、控制精度高、反应速度快等优点，平台运动由液压来实现。液压泵站是动力系统的主要部件，它给系统提供压力油，主要由恒压变量泵、电机、蓄能器、冷却装置、管路系统、油箱等组成。

　　3.3 模拟驱动系统

　　模拟驱动系统由6个分系统组成，分别为横摇、纵摇、艏摇、垂荡、横荡、纵荡驱动系统。每个分系统由伺服阀、伺服缸、伺服放大器、万向铰等组成，它们分别控制模拟平台的一个自由度的运动。每个液压缸的运动由电液伺服阀控制。当6个缸各自取一定伸缩长度时，可唯一确定运动平台的位置姿态。通过6个液压缸的协调运动来实现平台沿x、y、z向的平移或绕x、y、z轴的旋转运动，以及这6个自由度的复合运动。它与常见的串联运动机构不同，由于该种结构的平台机构有六个自由度，6个液压缸的协调动作显得尤其重要。因为每个液压缸也能单独伸缩，但这些伸缩给平台造成的是复杂运动，不能得到纯单方向的运动。