CN102346978A - 六自由度载体动感模拟器 - Google Patents

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孟自明
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Abstract

本发明公开了一种六自由度载体动感模拟器，由实时仿真计算机和运动控制计算机、伺服通道驱动、六自由度机电运动平台组成的；每个伺服通道包括伺服驱动器和机电作动器，伺服驱动器包括伺服主回路变频功率放大电路模块和控制回路电路模块，机电作动器将伺服电机、同步带传动箱、滚珠丝杠副和旋转编码器连接在一起；本发明优点是：采用模块化结构简单紧凑，安装方便、维护简单，采用电动缸提高了平台运动精度，用运动控制卡的控制方案实现了每个伺服电动缸的位置控制，大大提高了精度并内置了限位开关系统保证极限安全；采用全数字化闭环伺服控制，保证运动的平滑过渡以及高仿真性，减少动感漂移和失真，系统的效率高达到85％；应用范围广泛。

Description

六自由度载体动感模拟器
技术领域
本发明涉及六自由度载体动感模拟器，属于自动控制技术领域。
背景技术
目前，传统的电动六自由度平台采用结构复杂的液压、油压缸系统，因为液压油泄露和需要定期更换液压油，因此成本和安装维护费用较高且不符合现代绿色环境保护要求，并且存在着平台承重量较小、噪音大、整体设备占地空间大、平台运动精度较低、不能对每个伺服缸的位置进行单独精确控制等缺陷，此外传统的电动六自由度平台不能保证运动的平滑过渡以及高仿真性并且动感漂移和失真较大，整个系统的工作效率较低；应用范围受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的六自由度载体动感模拟器，本发明是由实时仿真计算机和运动控制计算机所控制的六个结构和性能相同的闭环机电伺服系统(伺服通道)驱动的六自由度机电运动平台组成的；实时仿真计算机与运动控制计算机通过以太网连接，每个伺服通道包括伺服驱动器和机电作动器，伺服驱动器包括伺服主回路变频功率放大电路模块和控制回路电路模块，机电作动器将伺服电机、同步带传动箱、滚珠丝杠副和旋转编码器连接在一起构成一个完整的闭环伺服系统。
本发明的六自由度机电运动平台由连接在一起的上平台、上铰支座连接座、上铰支座组件、电动缸组件、下铰支座组件、下铰支座连接座、平台下底板组成。
本发明的工作原理为：运动控制计算机通过I/O接口的D/A转换电路把数字控制指令变为模拟信号传递给相应伺服驱动器，伺服驱动器把接收到的模拟指令变换为三相变频功率信号，驱动三相交流伺服电机旋转，三相交流伺服电机的转速随频率变化，转向随相序改变，输出力矩取决于电流大小。三相交流伺服电机的输出轴通过同步带传动减速箱带动滚珠丝杠副将转动变为速度、方向和输出力矩均为可控的直线运动，在伺服电机旋转运动的同时旋转编码器把三相交流伺服电机的运动信息反馈到伺服驱动器和运动控制计算机，用于形成位移指令。运动控制计算机的控制指令是根据六自由度机电运动平台所需的姿态通过几何解算获得的，每个机电作动器伸长或缩短的位移量分别通过相应的I/O接口D/A转换通道传送到相应伺服驱动器，六自由度机电运动平台所需姿态又是运动控制计算机根据车辆运动实时仿真模型计算出来的车辆运动参数计算出来的，所以能响应模拟车辆行驶带给车辆乘员运动体感即实现六自由度动感模拟。
本发明的优点是：采用模块化结构简单紧凑，安装方便，使用维护简单，逼真度高，平台承重量大，可以直接与用户模拟车舱的底盘连接；具有多重机械电气安全保护和更高的系统响应时间和加速度及低噪音，并配置不间断电源以保证设备断电安全；采用电动缸全面取代了不符合现代绿色环境保护要求的大型液压泵站，管道，阀门等复杂液压、油液系统，节约了整体设备占地空间，提高了平台运动精度、增强了运动准确性；用运动控制卡的控制方案实现了每个伺服电动缸的位置控制，大大提高了精度并内置了限位开关系统保证极限安全；采用全数字化闭环伺服控制，保证运动的平滑过渡以及高仿真性，减少动感漂移和失真，系统的效率高达到85％；可以广泛应用在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、娱乐设备以及空间宇宙飞船的对接、空中加油机的加油对接、飞机整机装配、卫星装配等领域，具有较强的实用价值。
附图说明
图1是本发明所述六自由度载体动感模拟器的整体结构示意图；
图2是本发明所述六自由度载体动感模拟器的六自由度机电运动平台结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。如图1所示，本发明包括：实时仿真计算机，运动控制计算机，由实时仿真计算机和运动控制计算机所控制的结构和性能相同的伺服通道1、伺服通道2、伺服通道3、伺服通道4、伺服通道5、伺服通道6所驱动的六自由度机电运动平台；实时仿真计算机与运动控制计算机通过以太网连接，所述伺服通道包括伺服驱动器和机电作动器，伺服驱动器包括伺服主回路变频功率放大电路模块和控制回路电路模块，机电作动器将伺服电机、同步带传动箱、滚珠丝杠副和旋转编码器连接在一起构成一个完整的闭环伺服系统。
如图2所示，本发明的六自由度机电运动平台由连接在一起的上平台1、上铰支座连接座2、上铰支座组件3、电动缸组件4、下铰支座组件5、下铰支座连接座6、平台下底板7组成。
在本发明实施例中，上平台1为型材焊接结构，其中与驾驶舱的4个联接孔分布在上平台上。
上铰支座连接座2采用焊接结构，在主要部位焊接有加强筋，这样可以确保连接座的强度和刚度都能满足平台要求。上铰支座组件3采用十字铰轴结构形式，其特点是承载能力强、摆动角度大、配合间隙小、传动稳定、运动灵活、维护保养方便。下铰支座组件5的铰支座结构形式同上铰支座组件3相同。
所述运动控制计算机采用工控专业计算机，包括：研华610H机、奔IV机芯、2.4G主频、80G硬盘、256M内存、光驱及3寸软驱；板卡配置了研华17236位8路D/A卡一块，研华PCL-833计数采集卡2块，康拓5735D 16路I/O卡一块。机箱内有足够的总线扩充插槽，系统的I/O接口电路板直接插在机箱内，无需接口机箱，更进一步减化了系统结构。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.六自由度载体动感模拟器，其特征在于，其由实时仿真计算机和运动控制计算机所控制的六个结构和性能相同的伺服通道驱动的六自由度机电运动平台组成的；实时仿真计算机与运动控制计算机通过以太网连接，每个伺服通道包括伺服驱动器和机电作动器，伺服驱动器包括伺服主回路变频功率放大电路模块和控制回路电路模块，机电作动器将伺服电机、同步带传动箱、滚珠丝杠副和旋转编码器连接在一起构成一个完整的闭环伺服系统；
所述六自由度机电运动平台由连接在一起的上平台、上铰支座连接座、上铰支座组件、电动缸组件、下铰支座组件、下铰支座连接座、平台下底板组成。
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