CN207264180U - 一种高速高精度目标平面运动模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高速高精度目标平面运动模拟装置，包括机架、目标执行器和四个驱动单元，每个驱动单元包括一根柔索、一个带增量编码器的伺服电机以及用于对柔索进行导向和减震的定滑轮组，伺服电机和定滑轮组设在机架上，伺服电机轴端设有卷筒，柔索一端固定在卷筒上；每根柔索与目标执行器间均设有拉力传感器；运动模拟装置还包括主控上位机、运动控制卡和数据采集卡，数据采集卡采集柔索张力信息，上位机执行控制算法并通过运动控制卡实现柔索的驱动，从而实现不同运动轨迹的自动控制。本实用新型能够使目标执行器高精度的按照预设运动轨迹高速运动，且结构简单、易于拆装，适合户外或实验室环境下对武器跟踪设备的跟踪性能进行检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及目标运动模拟领域，具体涉及一种高速高精度目标平面运动模拟装置。
背景技术
目标运动模拟是指控制动态实物产生预期运动(即按照预设的运动轨迹运动)，目标运动模拟装置能够用来检测跟踪设备的跟踪性能，在武器装备研制、鉴定、作战效能评估以及训练和演习过程中具有重要作用。传统的目标运动模拟装置通常采用刚性连杆驱动目标执行器，其结构复杂、中间过渡环节多、难以精确控制等，因此对目标运动模拟的研究具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高速高精度目标平面运动模拟装置，能够使目标执行器高精度的按照预设运动轨迹高速运动，且结构简单、易于拆装，适合户外或实验室环境下对武器跟踪设备的跟踪性能进行检测。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种高速高精度目标平面运动模拟装置，包括机架和根据预设运动轨迹进行模拟运动的目标执行器，机架上设有用于同步驱动目标执行器运动的四个驱动单元，每个驱动单元包括一根与目标执行器相连接的柔索、一个用于控制柔索有效长度和张力的伺服电机以及用于对柔索进行导向和减震的定滑轮组，伺服电机和定滑轮组均设置在机架上，伺服电机内部设有编码器且伺服电机4的运转由伺服驱动器控制，伺服电机的轴端设有卷筒，柔索远离目标执行器的一端固定在卷筒上，所述的定滑轮组至少包括两个定滑轮，两个定滑轮通过两者的凹槽将柔索夹紧在两个定滑轮之间；每根柔索与目标执行器之间均设有一个用于实时检测柔索张力的拉力传感器，所述的运动模拟装置还包括主控上位机、运动控制卡和数据采集卡，数据采集卡输入端与拉力传感器的信号输出端相连接，数据采集卡的输出端与主控上位机相连接，主控上位机通过运动控制卡与伺服驱动器相连接，伺服驱动器与伺服电机4的编码器相连接；主控上位机还连接有用于向主控上位机输入预设运动轨迹的输入设备。
优选地，所述的运动模拟装置还包括执行器运动平台，目标执行器下端设有万向轮并通过万向轮与执行器运动平台相接触。
优选地，所述的拉力传感器与目标执行器螺纹连接。
优选地，所述的定滑轮为轴承滑轮。
优选地，所述的数据采集卡与拉力传感器之间还设有信号放大器。
有益效果：本实用新型能够使目标执行器高精度的按照预设运动轨迹高速运动，且结构简单、易于拆装，适合户外或实验室环境下对武器跟踪设备的跟踪性能进行检测。
附图说明
图1是本实用新型机械结构示意图；
图2是本实用新型柔索、定滑轮组、卷筒和伺服电机的位置及连接关系示意图；
图3是本实用新型目标执行器及其连接关系示意图；
图4是本实用新型主控上位机及其控制关系示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式及优选实施例进行对本实用新型进行进一步的解释说明。
参照图1-4，一种高速高精度目标平面运动模拟装置，包括机架1和根据预设运动轨迹进行模拟运动的目标执行器2，机架1上设有用于同步驱动目标执行器2运动的四个驱动单元，每个驱动单元包括一根与目标执行器2相连接的柔索3、一个用于控制柔索3有效长度(有效长度指柔索入线位置至目标执行器几何中心的距离，入线位置指以下所述两个定滑轮夹紧柔索的位置)和张力的伺服电机4以及用于对柔索3进行导向和减震的定滑轮组5，伺服电机4和定滑轮组5均设置在机架1上，伺服电机4内部设有编码器(增量式旋转编码器)且伺服电机4的运转由伺服驱动器控制，伺服电机4的轴端设有卷筒6，柔索3远离目标执行器2的一端固定在卷筒6上，所述的定滑轮组5至少包括两个定滑轮(两个定滑轮夹紧柔索减弱柔索横向振动和纵向振动，一个定滑轮对柔索导向，起导向作用的定滑轮可以是上述两个定滑轮中的一个，也可以单独设置)，定滑轮组5优选仅采用两个定滑轮，定滑轮优选轴承滑轮，两个定滑轮通过两者的凹槽将柔索3夹紧在两个定滑轮之间；每根柔索3与目标执行器2之间均设有一个用于实时检测柔索3张力的拉力传感器7，所述的拉力传感器7与目标执行器2的连接方式优选螺纹连接，所述的运动模拟装置还包括主控上位机、运动控制卡和数据采集卡，运动控制卡通过伺服驱动器与伺服电机4的编码器相连接，运动控制卡采集编码器信号并反馈至主控上位机，数据采集卡输入端与拉力传感器的信号输出端相连接，数据采集卡的输出端与主控上位机相连接，数据采集卡采集拉力传感器7的检测信号并反馈给主控上位机，主控上位机通过运动控制卡与伺服驱动器相连接主控上位机解算出控制量并通过运动控制卡将控制量输出相应的伺服驱动器(指被采集信号的编码器或拉力传感器对应的伺服驱动器)，伺服驱动器控制伺服电机4运转，完成柔索3长度和张力的闭环控制，从而实现目标执行器2的运动轨迹控制；主控上位机还连接有用于向主控上位机输入预设运动轨迹的输入设备。优选地，所述的运动模拟装置还包括执行器运动平台8，目标执行器2下端设有万向轮9并通过万向轮9与执行器运动平台8相接触。优选地，所述的数据采集卡与拉力传感器7之间还设有信号放大器10。
工作原理：通过输入设备将预设运动轨迹输入到主控上位机，主控上位机经软件解算后通过运动控制卡输出控制量给四个伺服驱动器，主控上位机控制流程及信号解算如下：
(1)在运动平面建立平面直角坐标系O-xy，四根柔索的入线位置设为Ai(i＝1,2,3,4)，目标执行器的几何中心设为P(x，y)，四根柔索的有效长度设为Li(i＝1,2,3,4)；
(2)根据预设运动轨迹方程得出P点的参数方程，用于计算任意时刻t的P点坐标；
例如预设运动轨迹为圆，则轨迹方程为x2+y2＝R2；
对应的参数方程为
其中R和ω为常数，t为自变量，(x，y)为t时刻P点坐标；
(3)利用参数方程求出P点当前时刻t0与下一时刻t0+Δt(其中Δt表示时间间隔)的坐标值，备用；
(4)根据P点坐标参数方程得出四根柔索长度Li关于t的方程，用于计算任意时刻t的四根柔索的长度Li＝||LV||＝||P-Ai||(i＝1,2,3,4)；求出t0时刻与t0+Δt时刻四根柔索的长度；
(5)将四根柔索的长度方程对t求导，其一阶导数为柔索速度Vi方程，二阶导数为柔索加速度ai方程；用于计算任意时刻t柔索速度和加速度；
求出t0时刻四根柔索的变化速度和加速度；
(6)卷筒线速度与柔索速度一致，根据卷筒线速度求出卷筒角速度，伺服电机转动的角速度与卷筒角速度一致；伺服电机转动的角加速度计算与加速度类似；根据角速度计算出伺服电机Δt时间内的转动圈数；伺服驱动器控制伺服电机按照计算的得到的角速度和角加速度转动，伺服电机内部的增量式旋转编码器实时检测伺服电机转速，并通过伺服驱动器反馈给运动控制卡，经主控上位机解算，再将控制信号传递给运动控制卡，通过伺服驱动器对伺服电机的转速进行调整，形成闭环控制，实现柔索收放的速度控制；根据卷筒旋转圈数来计量柔索收放的长度，实现驱动柔索的长度控制；
(7)利用雅可比矩阵公式Jd·T＝mp·ap计算目标执行器由t0时刻运动到t0+Δt时刻的每根柔索受力的理论值T；其中Jd是根据P点坐标得出的雅可比矩阵，mP是目标执行器的质量，ap是目标执行器的加速度；通过拉力传感器实时测量每根柔索张力的实际值，通过力放大器，将数据传递给数据采集卡，通过数据采集卡的处理分析，传递给主控工控机，若测量的柔索张力高于设定的最大破断力或小于设定的最小张力则发出报警信号，若在设定的最小张力与最大破断力范围内且与理论值不同，则通过伺服电机调整，完成柔索张力的闭环控制；
(8)当目标执行器完成由t0时刻到t0+Δt时刻的运动状态时，重复(3)-(8)，从而实现目标执行器高精度按照预设运动轨迹高速运动。
以上实施例仅为对本实用新型的技术构思进行的解释说明，任何不脱离本实用新型基本构思的替换和改进均应纳入本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种高速高精度目标平面运动模拟装置，其特征在于：包括机架（1）和根据预设运动轨迹进行模拟运动的目标执行器（2），机架（1）上设有用于同步驱动目标执行器（2）运动的四个驱动单元，每个驱动单元包括一根与目标执行器（2）相连接的柔索（3）、一个用于控制柔索（3）有效长度和张力的伺服电机（4）以及用于对柔索（3）进行导向和减震的定滑轮组（5），伺服电机（4）和定滑轮组（5）均设置在机架（1）上，伺服电机（4）内部设有编码器且伺服电机（4）的运转由伺服驱动器控制，伺服电机（4）的轴端设有卷筒（6），柔索（3）远离目标执行器（2）的一端固定在卷筒（6）上，所述的定滑轮组（5）至少包括两个定滑轮，两个定滑轮通过两者的凹槽将柔索（3）夹紧在两个定滑轮之间；每根柔索（3）与目标执行器（2）之间均设有一个用于实时检测柔索（3）张力的拉力传感器（7），所述的运动模拟装置还包括主控上位机、运动控制卡和数据采集卡，数据采集卡输入端与拉力传感器（7）的信号输出端相连接，数据采集卡的输出端与主控上位机相连接，主控上位机通过运动控制卡与伺服驱动器相连接，伺服驱动器与伺服电机（4）的编码器相连接；主控上位机还连接有用于向主控上位机输入预设运动轨迹的输入设备。
2.根据权利要求1所述的一种高速高精度目标平面运动模拟装置，其特征在于：所述的运动模拟装置还包括执行器运动平台（8），目标执行器（2）下端设有万向轮（9）并通过万向轮（9）与执行器运动平台（8）相接触。
3.根据权利要求1所述的一种高速高精度目标平面运动模拟装置，其特征在于：所述的拉力传感器（7）与目标执行器（2）螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种高速高精度目标平面运动模拟装置，其特征在于：所述的定滑轮为轴承滑轮。
5.根据权利要求1所述的一种高速高精度目标平面运动模拟装置，其特征在于：所述的数据采集卡与拉力传感器（7）之间还设有信号放大器（10）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721270793.4U CN207264180U (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种高速高精度目标平面运动模拟装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201721270793.4U CN207264180U (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种高速高精度目标平面运动模拟装置 |
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| CN207264180U true CN207264180U (zh) | 2018-04-20 |
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ID=61919946
Family Applications (1)
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| CN201721270793.4U Active CN207264180U (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种高速高精度目标平面运动模拟装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN207264180U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107526339A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-29 | 河南科技大学 | 一种高速高精度目标平面运动模拟装置 |
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2017
- 2017-09-29 CN CN201721270793.4U patent/CN207264180U/zh active Active
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| CN107526339A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-29 | 河南科技大学 | 一种高速高精度目标平面运动模拟装置 |
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