CN207008396U - 总线型并联六自由度平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种总线型并联六自由度平台，包括运动机构、伺服驱动装置、控制装置；运动机构包括相互平行的上平台和下平台；伺服驱动装置包括若干个可伸缩的推动机构，每个推动机构具有一固定端和一伸缩端，固定端安装在下平台上，伸缩端安装在上平台上；控制装置包括一上位机、一CAN总线通信适配卡和一CAN总线；推动机构通过CAN总线建立与上位机的数据通信链路；上位机内的运动状态指令被解析成各推动机构的运动指令，通过CAN总线传输至各推动机构；推动机构响应于接收到的运动指令进行动作，使得上平台的运动状态与运动状态指令中的运动状态相同。本实用新型使多台六自由度平台同时工作时硬件设施大大减少，拆装便捷，抗干扰能力强。

Description

总线型并联六自由度平台

技术领域

本实用新型涉及模拟运动平台领域，具体而言涉及一种总线型并联六自由度平台。

背景技术

传统的伺服电机控制技术是通过运动控制卡发出脉冲信号和方向信号，驱动伺服电机做不同动作，每个伺服电机都需要一组对应的脉冲信号和方向信号控制，六自由度平台如果有六个伺服电机就需要六组信号，当多台六自由度平台同时工作时，将需要几十组信号，硬件、线路庞杂，控制信号传输复杂。

CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率最高可达1Mbps，目的为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种总线型并联六自由度平台，上位机和伺服驱动装置的各推动机构通过一条CAN总线实现数据交互，不再需要运动控制卡，布设多台六自由度平台时，硬件设施大大减少，拆装便捷，且抗干扰能力强，能够适应恶劣的工作环境。

为达成上述目的，本实用新型提出一种总线型并联六自由度平台，包括运动机构、伺服驱动装置、控制装置；

所述运动机构包括相互平行的上平台和下平台，下平台固定在地面上，上平台和下平台之间连接设置伺服驱动装置；

所述伺服驱动装置包括若干个可伸缩的推动机构，每个推动机构具有一固定端和一伸缩端，固定端通过虎克铰以安装在下平台上，伸缩端通过虎克铰以安装在上平台上；

所述控制装置包括一上位机、一CAN总线通信适配卡和一CAN总线；

所述上位机与CAN总线通信适配卡连接，CAN总线通信适配卡与CAN总线连接，伺服驱动装置的每个推动机构均接入CAN总线，通过CAN总线建立与上位机的数据通信链路；

所述上位机用于生成一运动状态指令，通过比较运动状态指令中的运动状态与当前上平台的运动状态之间的差异，以生成各推动机构的运动指令，将运动指令通过CAN总线传输至对应的推动机构；

所述推动机构被设置成响应于接收到的运动指令进行动作，使得上平台的运动状态与运动状态指令中的运动状态相同。

进一步的，所述推动机构包括电动缸、伺服电机和伺服驱动器；

所述电动缸的固定部安装在下平台上，电动缸的运动部安装在上平台上；

所述伺服电机的控制部与伺服驱动器连接，伺服电机的运动部与电动缸的固定部连接；

所述伺服驱动器接入CAN总线。

进一步的，所述推动机构采用伺服电动缸，伺服电动缸的固定部安装在下平台上，并且接入CAN总线，伺服电动缸的运动部安装在上平台上。

进一步的，所述伺服驱动装置包括六个推动机构，分别被定义成第一推动机构、第二推动机构、第三推动机构、第四推动机构、第五推动机构和第六推动机构。

进一步的，所述第一推动机构与下平台的铰接点被定义成A点，第二推动机构与下平台的铰接点被定义成A’点，A点和A’点无限接近；

所述第三推动机构与下平台的铰接点被定义成B点，第四推动机构与下平台的铰接点被定义成B’点，B点和B’点无限接近；

所述第五推动机构与下平台的铰接点被定义成C点，第六推动机构与下平台的铰接点被定义成C’点，C点和C’点无限接近；

所述上平台与下平台一一垂直对应的位置也布设有相互临近的a点和a’点、b点和b’点、c点和c’点，其中，a点与A点对应，b点和B点对应，c点和C点对应，a’点与A’点对应，b’点与B’点对应，c’点与C’点对应；

所述第一推动机构与上平台的铰接点为b点，第二推动机构与上平台的铰接点为c点；

所述第三推动机构与上平台的铰接点为a点，第四推动机构与上平台的铰接点为c’点；

所述第五推动机构与上平台的铰接点为a’点，第六推动机构与上平台的铰接点为b’点。

进一步的，所述A点、B点、C点形成一三角形，该三角形的外切圆将下平台包含在内。

进一步的，所述总线型并联六自由度平台还具有一反馈装置；

所述反馈装置包括传感器组和A/D转换电路；

所述传感器组安装在上平台上，与A/D转换电路的输入端连接，A/D转换电路的输出端与CAN总线连接，通过CAN总线、CAN总线通信适配卡以将数据传输至上位机；

所述传感器组用于实时探测上平台的运动状态，探测结果经A/D转换电路转换后传输至上位机。

进一步的，所述传感器组包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。

由以上本实用新型的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，上位机和伺服驱动装置的各推动机构通过一条CAN总线实现数据交互，不再需要运动控制卡，布设多台六自由度平台时，硬件设施大大减少，拆装便捷，且抗干扰能力强，能够适应恶劣的工作环境。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是本实用新型的总线型并联六自由度平台的结构示意图。

图2是本实用新型的运动机构和伺服驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1，本实用新型提出的总线型并联六自由度平台，包括运动机构300、伺服驱动装置200、控制装置100。

首先介绍该总线型并联六自由度平台的运动原理。

运动机构300包括相互平行的上平台301和下平台302，下平台302固定在地面上，或者为了稳固下平台302，先在地面上安装一基座，下平台302固定在基座上，上平台301的初始状态与地面平行。

上平台301和下平台302之间连接设置伺服驱动装置200，伺服驱动装置200包括若干个可伸缩的推动机构201，每个推动机构201具有一固定端和一伸缩端，固定端安装在下平台302上，伸缩端安装在上平台301上。

每个推动机构201均与控制装置100连接，控制装置100驱动各推动机构201的伸缩端以设定的角度、速度、伸缩量伸缩，从而推动上平台301进行多角度多维度的运动，实现各种运动状态。

推动机构201可以采用以下两种结构。

第一种，推动机构201包括电动缸、伺服电机和伺服驱动器。

电动缸的固定部安装在下平台302上，运动部安装在上平台301上。伺服电机的控制部与伺服驱动器连接，伺服电机的运动部与电动缸的固定部连接。

伺服驱动器接收运动指令，通过伺服电机的控制部以驱动伺服电机的运动部转动，因为伺服电机的运动部与电动缸连接，电动缸的运动部开始伸缩。

第二种，直接采用伺服电动缸，伺服电动缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制，精确转数控制，精确扭矩控制转变成-精确速度控制，精确位置控制，精确推力控制，实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。

第二种结构的工作原理其实和第一种类似，结构上将第一种方案中提及的三种结构件做了模块化、一体化处理。

第一种结构的成本较低，但结构复杂，第二种结构成本较高，但结构精简，在具体应用时，可以根据实际情况做选择。

应当理解，推动机构201并不局限于前述两种结构，只要是能够接收运动指令，并依据运动指令推动上平台301做相应运动的结构既可。

在前述运动原理的基础上，我们再来介绍该总线型并联六自由度平台的控制部分。

控制部分100最重要的动作是确定每个推动机构201伸缩端的角度、速度以及伸缩量，几个推动机构201一起合作，实现上平台运动状态的改变。

本申请先设置了一上位机101，该上位机101用于生成一运动状态指令，该运动状态指令中包含有最终希望上平台301实现的运动状态，例如升高10cm，侧倾30°，后仰20°并向前方平移10cm等，这些运动状态指令可以是一开始就存储在上位机101中的，也可以是在六自由度平台设置一操纵装置，由用户操作操纵装置，生成一需求指令，需求指令发送给上位机101，上位机101将之解读成运动状态指令。

运动状态指令生成后，上位机101结合当前上平台301的状态位置，以预先建立的坐标系为基准，解算出如果想要上位机101实现新的运动状态，每个推动机构201的伸缩端应当具备的伸缩速度、角度、伸缩量，即上位机101通过解算运动状态指令，以生成每个推动机构201的运动指令。

下面以其中一种六自由度平台为例，该六自由度平台配备了六个推动机构201，也就是说需要六组信号，如果有十台六自由度平台同时工作，则需要六十组信号，如背景技术所说，这需要相当多的线路连接、硬件设施，控制信号传输复杂，很容易受到外界环境的干扰。

为了解决这一问题，我们引入了CAN总线103，上位机101与一CAN总线通信适配卡102连接，CAN总线通信适配卡102与CAN总线103连接，再将多台六自由度平台的每个推动机构201都接入CAN总线103，每个推动机构201分配一个独立的节点，上位机101解算生成的运动指令直接发送至对应的推动机构201。

一条CAN总线103最多能够具有128个节点，以每个六自由度平台需要6个节点计算，一条总线103可以控制21台六自由度平台，并且每个六自由度平台的推动机构201都是单独与上位机101进行通信，降低了信号干扰，尤其适合恶劣环境。

另外，为了精确定位六自由度平台，本申请设置了一反馈装置400，该反馈装置400包括传感器组401和A/D转换电路402，传感器组401分散安装在上平台上301，实时探测上平台301的位置和位移速度等信息，A/D转换电路402的输入端与传感器组401连接，接收传感器组401反馈的信息，A/D转换电路402的输出端与CAN总线103连接，上位机101给其分配一独立节点，由此传感器组401探测到的信息经A/D转换电路402转换后，也通过CAN总线103直接反馈给上位机101，实现直接通信，减少硬件设施，降低通信干扰。

下面结合附图详细介绍本申请所提及的总线型并联六自由度平台。

一种总线型并联六自由度平台，包括运动机构300、伺服驱动装置200、控制装置100。

运动机构300包括相互平行的上平台301和下平台302，下平台302固定在地面上，上平台301和下平台302之间连接设置伺服驱动装置200。

伺服驱动装置200包括若干个可伸缩的推动机构201，每个推动机构201具有一固定端和一伸缩端，固定端通过虎克铰以安装在下平台302上，伸缩端通过虎克铰以安装在上平台301上。

控制装置100包括一上位机101、一CAN总线通信适配卡102和一CAN总线103。

上位机101与CAN总线通信适配卡102连接，CAN总线通信适配卡102与CAN总线103连接，伺服驱动装置200的每个推动机构201均接入CAN总线103，通过CAN总线103建立与上位机101的数据通信链路。

上位机101用于生成一运动状态指令，并且将运动状态指令解析成个推动机构201的运动指令，通过CAN总线103传输至各推动机构201。

推动机构201被设置成响应于接收到的运动指令进行动作，使得上平台301的运动状态与运动状态指令中的运动状态相同。

进一步的，所述推动机构201包括电动缸、伺服电机和伺服驱动器。

所述电动缸的固定部安装在下平台302上，电动缸的运动部安装在上平台301上。

所述伺服电机的控制部与伺服驱动器连接，伺服电机的运动部与电动缸的固定部连接。

所述伺服驱动器接入CAN总线103。

进一步的，所述推动机构201采用伺服电动缸，伺服电动缸的固定部安装在下平台302上，并且接入CAN总线103，伺服电动缸的运动部安装在上平台301上。

进一步的，所述伺服驱动装置200包括六个推动机构201，分别被定义成第一推动机构、第二推动机构、第三推动机构、第四推动机构、第五推动机构和第六推动机构。

进一步的，所述第一推动机构与下平台302的铰接点被定义成A点，第二推动机构与下平台302的铰接点被定义成A’点，A点和A’点无限接近。

所述第三推动机构与下平台302的铰接点被定义成B点，第四推动机构与下平台302的铰接点被定义成B’点，B点和B’点无限接近。

所述第五推动机构与下平台302的铰接点被定义成C点，第六推动机构与下平台302的铰接点被定义成C’点，C点和C’点无限接近。

所述上平台301与下平台302一一垂直对应的位置也布设有相互临近的a点和a’点、b点和b’点、c点和c’点，其中，a点与A点对应，b点和B点对应，c点和C点对应，a’点与A’点对应，b’点与B’点对应，c’点与C’点对应。

所述第一推动机构与上平台301的铰接点为b点，第二推动机构与上平台301的铰接点为c点。

所述第三推动机构与上平台301的铰接点为a点，第四推动机构与上平台301的铰接点为c’点。

所述第五推动机构与上平台301的铰接点为a’点，第六推动机构与上平台301的铰接点为b’点。

进一步的，所述A点、B点、C点形成一三角形，该三角形的外切圆将下平台302包含在内。

进一步的，所述总线型并联六自由度平台还具有一反馈装置400。

所述反馈装置400包括传感器组401和A/D转换电路402。

所述传感器组401安装在上平台301上，与A/D转换电路402的输入端连接，A/D转换电路402的输出端与CAN总线103连接，通过CAN总线103、CAN总线通信适配卡102以将数据传输至上位机101。

所述传感器组401用于实时探测上平台301的运动状态，探测结果经A/D转换电路402转换后传输至上位机101。

进一步的，所述传感器组401包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。

从而，本实用新型实现了上位机和伺服驱动装置的各推动机构通过一条CAN总线实现数据交互，不再需要运动控制卡，布设多台六自由度平台时，硬件设施大大减少，拆装便捷，且抗干扰能力强，能够适应恶劣的工作环境。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种总线型并联六自由度平台，其特征在于，包括运动机构、伺服驱动装置、控制装置；

所述运动机构包括相互平行的上平台和下平台，下平台固定在地面上，上平台和下平台之间连接设置伺服驱动装置；

所述伺服驱动装置包括若干个可伸缩的推动机构，每个推动机构具有一固定端和一伸缩端，固定端通过虎克铰以安装在下平台上，伸缩端通过虎克铰以安装在上平台上；

所述控制装置包括一上位机、一CAN总线通信适配卡和一CAN总线；

所述上位机与CAN总线通信适配卡连接，CAN总线通信适配卡与CAN总线连接，伺服驱动装置的每个推动机构均接入CAN总线，通过CAN总线建立与上位机的数据通信链路；

所述上位机用于生成一运动状态指令，通过比较运动状态指令中的运动状态与当前上平台的运动状态之间的差异，以生成各推动机构的运动指令，并将运动指令通过CAN总线传输至对应的推动机构；

所述推动机构被设置成响应于接收到的运动指令进行动作，使得上平台的运动状态与运动状态指令中的运动状态相同；

所述总线型并联六自由度平台还具有一反馈装置；

所述反馈装置包括传感器组和A/D转换电路；

所述传感器组安装在上平台上，与A/D转换电路的输入端连接，A/D转换电路的输出端与CAN总线连接，通过CAN总线、CAN总线通信适配卡以将数据传输至上位机；

所述传感器组用于实时探测上平台的运动状态，探测结果经A/D转换电路转换后传输至上位机。

2.根据权利要求1所述的总线型并联六自由度平台，其特征在于，所述推动机构包括电动缸、伺服电机和伺服驱动器；

所述电动缸的固定部安装在下平台上，电动缸的运动部安装在上平台上；

所述伺服电机的控制部与伺服驱动器连接，伺服电机的运动部与电动缸的固定部连接；

所述伺服驱动器接入CAN总线。

3.根据权利要求1所述的总线型并联六自由度平台，其特征在于，所述推动机构采用伺服电动缸，伺服电动缸的固定部安装在下平台上，并且接入CAN总线，伺服电动缸的运动部安装在上平台上。

4.根据权利要求1所述的总线型并联六自由度平台，其特征在于，所述伺服驱动装置包括六个推动机构，分别被定义成第一推动机构、第二推动机构、第三推动机构、第四推动机构、第五推动机构和第六推动机构。

5.根据权利要求4所述的总线型并联六自由度平台，其特征在于，所述第一推动机构与下平台的铰接点被定义成A点，第二推动机构与下平台的铰接点被定义成A’点，A点和A’点无限接近；

所述第三推动机构与下平台的铰接点被定义成B点，第四推动机构与下平台的铰接点被定义成B’点，B点和B’点无限接近；

所述第五推动机构与下平台的铰接点被定义成C点，第六推动机构与下平台的铰接点被定义成C’点，C点和C’点无限接近；

所述上平台与下平台一一垂直对应的位置也布设有相互临近的a点和a’点、b点和b’点、c点和c’点，其中，a点与A点对应，b点和B点对应，c点和C点对应，a’点与A’点对应，b’点与B’点对应，c’点与C’点对应；

所述第一推动机构与上平台的铰接点为b点，第二推动机构与上平台的铰接点为c点；

所述第三推动机构与上平台的铰接点为a点，第四推动机构与上平台的铰接点为c’点；

所述第五推动机构与上平台的铰接点为a’点，第六推动机构与上平台的铰接点为b’点。

6.根据权利要求5所述的总线型并联六自由度平台，其特征在于，所述A点、B点、C点形成一三角形，该三角形的外切圆将下平台包含在内。

7.根据权利要求1所述的总线型并联六自由度平台，其特征在于，所述传感器组包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。