CN109521796A - 一种六自由度平台控制系统及游乐车 - Google Patents

一种六自由度平台控制系统及游乐车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种六自由度平台控制系统及游乐车，包括：伺服电机，与六自由度平台相连，用于驱动所述六自由度平台；驱动器，与所述伺服电机相连；PLC控制器，与所述驱动器相连，用于基于控制文件控制所述驱动器驱动所述伺服电机，以带动所述六自由度平台按照预设要求运动；上位机，用于将所述控制文件写入所述PLC控制器。本发明的六自由度平台控制系统及游乐车基于PLC运动控制技术和Ethercat通讯技术实现六自由度平台的自动化过程控制和状态监控，极大地提升了游客的体验感。

Description

一种六自由度平台控制系统及游乐车
技术领域
本发明涉及电气控制的技术领域，特别是涉及一种六自由度平台控制系统及游乐车。
背景技术
物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定物体的位置，就必须清楚这六个自由度。
目前，公园、游乐场中的游乐车通过六自由度平台带动乘客进行仿真运动，再结合一定的音视频达到娱乐功能。因此，六自由度平台是游乐车的关键部件。现有技术中的游乐车按工艺要求批量生产，每台游乐车都采用相同的控制程序，便于测试工程师进行调试和后期维护。
然而，现有的游乐车的电气控制方案没有指导性文件，并且功能不清，对设计周期，使用效果没有保证，并且有可能出现异常逻辑错误，会给游客带来一定的安全风险。因此，需要设计一种规范化的游乐车的电气控制方案。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种六自由度平台控制系统及游乐车，基于PLC运动控制技术和Ethercat通讯技术实现六自由度平台的自动化过程控制和状态监控，极大地提升了游客的体验感。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种六自由度平台控制系统，包括：伺服电机，与六自由度平台相连，用于驱动所述六自由度平台；驱动器，与所述伺服电机相连；PLC控制器，与所述驱动器相连，用于基于控制文件控制所述驱动器驱动所述伺服电机，以带动所述六自由度平台按照预设要求运动；上位机，用于将所述控制文件写入所述PLC控制器。
于本发明一实施例中，所述PLC控制器与所述驱动器通过Ethercat通信。
于本发明一实施例中，所述控制文件包括主程序、手动程序、六自由度程序、单轴测试程序、行走和旋转程序、二维码读长度程序、动作文件程序和报警程序。
于本发明一实施例中，所述主程包括初始化程序、遥控按钮程序、所有轴允许动作程序、位置控制程序、系统复位程序和故障报警处理程序。
于本发明一实施例中，所述控制文件还包括防撞处理程序，以避免相邻的六自由度平台发生碰撞。
于本发明一实施例中，所述运动包括前行、后退、左转、右转、摆动、颠簸中的一种或多种组合。
同时，本发明提供一种游乐车，包括上述的六自由度平台控制系统和六自由度平台。
于本发明一实施例中，还包括底盘和外壳；所述六自由度平台设置在所述底盘上，所述外壳设置在所述六自由度平台外围。
于本发明一实施例中，还包括显示屏，用于在所述PLC控制器的控制下显示多媒体文件。
于本发明一实施例中，所述多媒体文件包括音频、视频和三维动画中的一种或多种组合。
如上所述，本发明的六自由度平台控制系统及游乐车，具有以下有益效果：
(1)基于PLC运动控制技术和Ethercat通讯技术实现六自由度平台的自动化过程控制和状态监控，极大地提升了游客的体验感；
(2)采用MAYA文件动作让游客有身临其境的感受，通过修改动作文件可以适应不同的影片，极大地提升了游客的观赏体验；
(3)能够模块化设计，可靠性高，能够抵抗电磁干扰，实现六自由度平台各种功能切换；
(4)能够避免游乐车之间的碰撞，保证了游客安全。
附图说明
图1显示为本发明的六自由度平台控制系统于一实施例中的结构示意图；
图2显示为本发明的控制文件于一实施例中的框架示意图；
图3显示为本发明的游乐车于一实施例中的结构示意图。
元件标号说明
1 伺服电机
2 驱动器
3 PLC控制器
4 上位机
31 六自由度平台控制系统
32 六自由度平台
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明的六自由度平台控制系统及游乐车基于PLC运动控制技术和Ethercat通讯技术实现六自由度平台的自动化过程控制和状态监控，实现了六自由度平台的规范化控制，功能明确，性能稳定，便于调试和维护，极大地提升了游客的体验感。
如图1所示，于一实施例中，本发明的六自由度平台控制系统包括：
伺服电机1，与六自由度平台相连，用于驱动所述六自由度平台。
优选地，在本发明中，所述六自由度平台包含有9个伺服电机。
驱动器2，与所述伺服电机1相连。
具体地，所述驱动器2用于驱动所述伺服电机1转动。
优选地，在本发明中，采用汇川IS620系列驱动器。
PLC控制器3，与所述驱动器2相连，用于基于控制文件控制所述驱动器2驱动所述伺服电机1，以带动所述六自由度平台按照预设要求运动。
于本发明一实施例中，所述运动包括前行、后退、左转、右转、摆动、颠簸中的一种或多种组合。
优选地，在本发明中，采用汇川AM600系列PLC。该PLC具有Ethercat、TCP/IP、Modbus RTU、Canopen通讯接口，方便与外部执行机构通讯，不需要另外添加模块，降低了投入成本。
于本发明一实施例中，所述PLC控制器3与所述驱动器2通过Ethercat通信。
上位机4，用于将所述控制文件写入所述PLC控制器3。
具体地，所述上位机4与所述PLC控制器3通信连接，向所述PLC控制器3中写入控制文件，以供所述PLC控制器3实现其控制功能。
本发明的六自由度平台控制系统通过模块化的方式将六自由度平台中电气设计按不同的特征分块，它包括：功能特征、组合特征、互连特征、结构特征。电气程序设计可以通过不同的机台性能、不同的机构特征可按这四种特征分别实行，也可拆解、组合多种方式实行。每个功能特征具有一定独立功能，可以完成部分功能。组合特征类似数学中两个集合交集，它既具有A集合部分特征，又具有B集合部分特征，或者更多集合交集特征，就可以分解A集合部分功能，分解B集合部分功能，完成组合形成新模块具有新功能作用。互连特征实现了上位机和下位机之间的标准化互连。结构特征就是按机台结构分类，把整个机台划成几个部分，每个独立机构下又单独划分功能特征，这种以部件功能化设计方式，方便员工看清每个部件具体功能。于本发明一实施例中，如图2所示，所述控制文件包括主程序、手动程序、六自由度程序、单轴测试程序、行走和旋转程序、二维码读长度程序、动作文件程序和报警程序。具体地，所述主程包括初始化程序、遥控按钮程序、所有轴允许动作程序、位置控制程序、系统复位程序和故障报警处理程序。其中，由于设置了系统复位程序和手动程序，在任何情况下可以进入系统复位程序，可以随时处理因误操作引起的误动作，也可上位机实行总复位功能；还可通过手动程序进行各种手动调试功能，方便初始安装调机。同时，在任何情况下上位机都可随时控制所述六自由度平台停机，以防意外发生。上位机可以把所述六自由度平台所有有记忆的元件数据清零，重回到初始位置。
于本发明一实施例中，所述控制文件还包括防撞处理程序，以避免相邻的六自由度平台发生碰撞。具体地，当多个六自由度平台同时运动时，通过所述防撞处理程序，可以避免相邻的六自由度平台之间发生碰撞，从而随时保证游客的安全。
因此，本发明的六自由度平台控制系统为新产品设计提供指导方法，新品种演化、提升产品质量，方便维护和维修；合理优化了现有产品型号，扩大产品适用性，批量生产减少人工成本，有利于设计人员专业化程度提高；缩短了游乐车电气工艺装置的设计成本与缩动感小车生产周期；有利于程序“积木化”设计，把功能集成、组合、分解产生出更多适用于实际工作状况的程序，降低设计难度；提高了产品通用性，对同一类型功能块集成开发，方便后期调用，具有很好的移植性；把任务项目分块，每个工程师可以按分项目同时开发，减少试机单元部件时间。
如图3所示，于一实施例中，本发明的游乐车包括上述的六自由度平台控制系统31和六自由度平台32。通过所述六自由度平台控制系统31控制所述六自由度平台32，使得所述游乐车能够执行前行、后退、左转、右转、摆动、颠簸等运动，以满足游客娱乐的需求。
于本发明一实施例中，本发明的游乐车还包括底盘和外壳；所述六自由度平台设置在所述底盘上，所述外壳设置在所述六自由度平台外围，从而构成一个相对封闭的空间，为所述游乐车的正常运行提供基础。优选地，所述外壳采用玻璃钢材质制成。
于本发明一实施例中，本发明的游乐车还包括显示屏，用于在所述PLC控制器的控制下显示多媒体文件。其中，所述多媒体文件包括音频、视频和三维动画中的一种或多种组合。优选地，所述多媒体文件采用MAYA文件。Maya文件可以提供完美的3D建模、动画、特效和高效的渲染功能，其功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件，完全满足于游乐车虚拟仿真的需求。
具体地，所述游乐车可基于六自由度平台模拟小船、跑车、过山车、飞行器等动态感受，基于显示屏穿梭于不同主题场景，体验风、雨、雷、电、烟、光、雾等特效，从而为游客带来身临其境的惊险刺激感受。
其中，六自由度平台的运动与显示屏的多媒体内容相匹配为难点。在本发明中，所述PLC控制器为了适应娱乐行业要求新增存储区专门存放多媒体文件。
具体地，多媒体文件通过以下步骤存放至所述PLC控制器。
1、.txt传输方式说明。
1)打开传输文件工具:
选中要传输的.txt文件，当选中的文件出现“动感座椅控制数据文件！”时，标示选择的文件符合传输格式，否则上位机生成的.txt文件格式有问题；
2)拷贝模式选择：
请选择“转换为Hex格式拷贝”；
3)选择电脑的网卡，扫描网络中的PLC；
2、PLC程序的file_Read功能说明
1)变量申明
VAR
//动作解析完成_上升沿:BOOL:＝FALSE；
Var_动作解析完成:BOOL:＝FALSE；//动作解析完成-临时存储R_TRIG_解析完成:R_TRIG；//上升沿信号
i:DWORD；
Data_滤波:数据滤波功能块；
//
dv_二维码数据1 AT％MW0:INT；//串口自由协议接收数据数据1dv_二维码数据2AT％MW1:INT；//串口自由协议接收数据数据2dv_二维码数据3 AT％MW2:INT；//串口自由协议接收数据数据3dv_二维码字节:ARRAY[0..5]OF BYTE；//串口自由协议接收数据声明
TON_0:TON；//读取二维码中间延时
TON_1:TON；//读取二维码错误延时
dv_二维码数据错误持续时间:TIME；
END_VAR
2)//读txt动作文件
CASE动作文件序号选择OF//文件选择
1:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File1.txt'；
2:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File2.txt'；
3:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File3.txt'；
4:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File4.txt'；
5:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File5.txt'；
6:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File6.txt'；
7:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File7.txt'；
8:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File8.txt'；
9:sg_文件名称:＝'/am600-nand/share/File9.txt'；
ELSE
动作文件序号选择:＝1；
END_CASE
文件解析_0(bi_文件解析开始:＝bg_文件解析开始,di_单次解析行数:＝500,si_文件路径:＝sg_文件名称,do_文件总行数＝>动作文件行数_State,do_已解析行数＝>,ao_完整解析结果＝>动作文件解析数据,bo_文件解析出错＝>b_动作文件解析失败,bo_文件解析进行中＝>.b_动作文件解析中,
bo_文件解析完成＝>)；
R_TRIG_解析完成(CLK:＝文件解析_0.bo_文件解析完成,Q＝>Var_动作解析完成)；
IF Var_动作解析完成＝TRUE THEN dg_旧文件选择:＝动作文件序号选择；bg_文件解析开始:＝FALSE；动作文件控制_Cmd:＝0；b_动作文件解析成功:＝TRUE；
END_IF
IF动作文件控制_Cmd＝1 THEN bg_文件解析开始:＝TRUE；b_动作文件解析成功:＝FALSE；
END_IF
综上所述，本发明的六自由度平台控制系统及游乐车基于PLC运动控制技术和Ethercat通讯技术实现六自由度平台的自动化过程控制和状态监控，极大地提升了游客的体验感；采用MAYA文件动作让游客有身临其境的感受，通过修改动作文件可以适应不同的影片，极大地提升了游客的观赏体验；能够模块化设计，可靠性高，能够抵抗电磁干扰，实现六自由度平台各种功能切换；能够避免游乐车之间的碰撞，保证了游客安全。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种六自由度平台控制系统，其特征在于：包括：
伺服电机，与六自由度平台相连，用于驱动所述六自由度平台；
驱动器，与所述伺服电机相连；
PLC控制器，与所述驱动器相连，用于基于控制文件控制所述驱动器驱动所述伺服电机，以带动所述六自由度平台按照预设要求运动；
上位机，用于将所述控制文件写入所述PLC控制器。
2.根据权利要求1所述的六自由度平台控制系统，其特征在于：所述PLC控制器与所述驱动器通过Ethercat通信。
3.根据权利要求1所述的六自由度平台控制系统，其特征在于：所述控制文件包括主程序、手动程序、六自由度程序、单轴测试程序、行走和旋转程序、二维码读长度程序、动作文件程序和报警程序。
4.根据权利要求3所述的六自由度平台控制系统，其特征在于：所述主程包括初始化程序、遥控按钮程序、所有轴允许动作程序、位置控制程序、系统复位程序和故障报警处理程序。
5.根据权利要求1所述的六自由度平台控制系统，其特征在于：所述控制文件还包括防撞处理程序，以避免相邻的六自由度平台发生碰撞。
6.根据权利要求1所述的六自由度平台控制系统，其特征在于：所述运动包括前行、后退、左转、右转、摆动、颠簸中的一种或多种组合。
7.一种游乐车，其特征在于：包括权利要求1-6之一所述的六自由度平台控制系统和六自由度平台。
8.根据权利要求7所述的游乐车，其特征在于：还包括底盘和外壳；所述六自由度平台设置在所述底盘上，所述外壳设置在所述六自由度平台外围。
9.根据权利要求7所述的游乐车，其特征在于：还包括显示屏，用于在所述PLC控制器的控制下显示多媒体文件。
10.根据权利要求9所述的游乐车，其特征在于：所述多媒体文件包括音频、视频和三维动画中的一种或多种组合。
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