一种基于数字液压缸的六自由度平台制造技术

本发明专利技术公开了一种基于数字缸的六自由度平台结构及控制，包括上平台、底座，与上下平台相连的驱动机构及电液控系统；电液控系统控制控制驱动机构动作。所述的驱动机构包括六个均匀布置的数字液压缸；所述的上平台由一块圆形外蒙板组成，上下平台槽钢分布呈三角形，使结构更加紧凑牢固；所述的数字液压缸相连的两个缸通过一个复合球铰与上平台相连，两个液压缸通过胡克铰座独立连接在下平台底座；所述的电液控制系统通过主控机给控制器指令，通过位置反结控制六个缸所伸出的长度，再通过位置正解求出实际的姿态信息，与指定的信息进行比较，从而实现姿态的伺服控制，保证平台的控制精度。

A 6-DOF Platform Based on Digital Hydraulic Cylinder

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字液压缸的六自由度平台
本专利技术属于飞行模拟器领域，具体涉及一种基于数字液压缸的六自由平台结构。
技术介绍
六自由度运动平台，由于有极为广阔的应用前景，近几年，引起了国内外科研、院校广泛的研究兴趣。六自由度运动平台是由6只液压缸，上、下各6只万向铰链和上、下2个平台组成。下平台固定在基础上，借助6只液压缸的伸缩运动，完成上平台在空间6个自由度的运动，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。传统的伺服液压控制六自由度运动平台采用液压伺服控制系统，主控计算机是完成空间状态的实时解算，然后将解算结果送到6个单缸控制器，经数/模转换后送给伺服放大器、伺服阀、伺服缸推动平台运动。该伺服系统最大的难点是传递环节多、控制过于复杂、调试困难、可靠性差、伺服阀抗干扰、抗污染能力弱、故障率高。而近几年刚刚兴起的数字液压技术为液压技术增添了新的活力，数字液压缸与专门配套研制的数字控制器相配合，几乎取消了传统液压控制中的所有液压阀件和控制元件，它抛弃了传统的阀口控制，而是直接采用数字脉冲控制，把现场调试搬到了办公室，几乎做到了即装即用。采用新型的数字液压缸来替代原来的液压伺服系统来完成六自由度平台的运动，控制原理大大简化，故障率也大为降低，可靠性得以提高。
技术实现思路
本专利技术解决了传统液压伺服控制复杂，污染程度较高，维护麻烦，提供了一种既保留现有大型六自由度平台的大承载能力，又具有响应速度快、结构简单、维护方便的数字液压缸控制的六自由度平台。为了实现上述目的本专利技术采取的技术方案是：一种基于数字缸的六自由度平台，包括上平台、底座，与上下平台相连的驱动机构及电液控系统；电液控系统控制控制驱动机构动作，所述的驱动机构包括六个均匀布置的数字液压缸。所述的基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的上平台由一块圆形外蒙板组成，负责主要的承载，可以承载模拟器的座舱下端由六块槽钢固定，槽钢分布呈三角形，使结构更加紧凑牢固。所述的基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：胡克铰链两组靠近并行设置，形成一个连接单元，底座上的三个连接单元位于一个预定尺寸的下等边三角形的边上，上支撑平板上的三个连接单元位于一个预定尺寸的上等边三角形的边上，上等边三角形的边长小于下等边三角形，上、下等边三角形顶点方向间隔60度设置。所述的基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的上平台胡克铰通过三个转轴来实现三个方向的转动。所述的基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的下平台胡克铰采用相邻的两个胡克铰共用一个轴承座的方法来实现两个自由度。胡克铰与底座的连接采用滑动轴承代替了滚动轴承。所述的基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的数字液压缸相连的两个缸通过一个复合球铰与上平台相连，即两个液压缸与上平台相连于一点；两个液压缸通过胡克铰座独立连接在下平台底座，这样形成一个6-3平台。所述的基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的数字液压缸主要包括驱动能力的电机部分、活塞杆、可将数字化位移通过滚珠丝杠进行反馈的机构、可与实验平台连接的起支撑作用的缸体，实现位移量数字化。所述的基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的电液控制系统主要通过脉冲来控制电机的转动来带动数字缸阀芯的运动，从而控制阀口开口度的大小来控制液压油的流量，进而控制活塞杆的前进与后退位移量。所述的基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的电液控制系统通过主控机给控制器指令，通过反解来计算输出的脉冲数，从而控制六个缸所伸出的长度，从而实现姿态的实现。本专利技术具有以下优点：数字液压缸控制方式简单，反应迅速灵敏，动态响应好；上下胡克铰通过滑动轴承连接，使结构更加紧凑；数字液压缸主要控制整个平台的动作，使平台在六个自由度的运动位置更精确，响应更快。附图说明图1是本专利技术一种基于数字液压缸的六自由度平台整体结构意图。图2是本专利技术一种基于数字液压缸的六自由度平台另一结构意图。图3是本专利技术一种基于数字液压缸的六自由度平台的坐标系图。图4是本专利技术一种基于数字液压缸的六自由度平台模型等效图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术所述的基于数字液压缸的六自由度平台，包括上平台1和下平台2，所述的上平台1与下平台2之间设置有数字液压缸驱动组3，所述的上平台在所述的数字缸驱动组3的支撑和驱动下运动，且所述的数字缸驱动组3根据外部控制指令驱动所述上平台1处于系统所需要的位置，从而实现六自由度平台的姿态控制。如图2所示，本实施方案中，所述的数字缸驱动组3包括圆周方向均布的至少三组数字缸件。具体来说，所述数字缸驱动件31包括两个呈相交状态设置的数字缸311、312，所述的两个数字缸311、312的推杆顶端3111、3121呈相交状态铰接与上平台1，所述两个数字缸底端3112、3122呈分离状态铰接于下平台2。本实施方案中通过将每组数字缸驱动件中的两个数字缸的推杆顶端呈相交状态铰接于上平台的同一位置，再将这两个数字缸的底端呈分离状态铰接于下平台，使得这两个数字缸对于上平台呈现为三角支撑状态，因此可大大增强对上平台的支撑力度，保证了上平台负载运动后的整体稳定性，并进而能够提高控制精度。本实施方案中，所述上平台1的下表面均布有与所述数字缸驱动件数量相同的上铰链座。本实施方案中，所述下平台2的上表面均布有与上述电动缸驱动件数量相同的下铰链座，且各所述下铰链座呈交叉设置，在圆周方向上彼此相差120度，那么，对于各下铰链座和各上铰链座在下平台上的投影而言，各下铰链座与各上铰链座是呈交叉设置的，即在相邻的两个下铰链座之间有一个上铰链座的投影，而且，该上铰链座的投影以位于两个对应的下铰链座之间正中的位置为最佳。以上所述两个数字缸311、312的底端3112、3122分别铰接于两个下铰链座51、53，且该两个下铰链座51、53对称设置于该两个数字缸的上铰座41的两侧，即投影位于两个对应的下铰链座之间正中的位置。本实施方案中，当已知机构的基本尺寸和上平台的位置和姿态后，就可以通过位置逆解求出六个电动推杆的位移，通过控制器发出指令，控制电机带动电动推杆移动副移动相应的位移，就可以控制平台到达所需要的位置和姿态，实现对上平台的控制。所述的位置逆解具体方案如下：(1)图3所示，建立静态坐标系和动态坐标系O-XYZ为静坐标系，O′-X′Y′Z′为与动平台固连的动坐标系。上平台的位置可描述为O′点在O-XYZ系下的坐标p＝[x,y,z]T，上平台的位姿矢量为q＝(xyzαβγ)T，其中，α、β、γ分别称为滚转角、俯仰角和偏航角。(2)假设第i个下铰点在O-XYZ中矢量是bi，第i个上铰点在O′-X′Y′Z′中的矢量是在O-XYZ的矢量是ai，本文采用Zα-Yβ-Xγ的变换次序，则O′-X′Y′Z′到O-XYZ的方向余弦阵R(3)则上铰点在动坐标系中的矢量可以通过坐标平移和坐标旋转变换为静坐标系中的矢量ai。(4)第i个液压缸的长度为本实施方案中，通过位置逆解求出缸的位移之后，再经过位置正解求出平台的姿态信息，在计算机内形成位置闭环控制,便于调整回路增益和补偿网络参数,达到提高精度和响应速度的目的与指令信息进行比较，从而形成伺服控制。等效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字缸的六自由度平台，包括上平台、底座，与上下平台相连的驱动机构及电液控系统；电液控系统控制控制驱动机构动作。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字缸的六自由度平台，包括上平台、底座，与上下平台相连的驱动机构及电液控系统；电液控系统控制控制驱动机构动作。2.根据权利要求1所述的一种基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的上平台由一块圆形外蒙板组成，负责主要的承载，可以承载模拟器的座舱下端由六块槽钢固定，槽钢分布呈三角形。3.根据权利要求1所述的一种基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：胡克铰链两组靠近并行设置，形成一个连接单元，底座上的三个连接单元位于一个预定尺寸的下等边三角形的边上，上支撑平板上的三个连接单元位于一个预定尺寸的上等边三角形的边上，上等边三角形的边长小于下等边三角形，上、下等边三角形顶点方向间隔60度设置。4.根据权利要求1所述的一种基于数字缸的六自由度平台，其特征在于：所述的数字液压缸相连的两个缸通过一个复合球铰与上平台相连，即两个液压缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴忠才，关永强，赵洁茹，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11