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六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是由六個(gè)伺服電機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)缸做伸縮變化運(yùn)動(dòng)，六個(gè)電動(dòng)缸并聯(lián)設(shè)置共同驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的每個(gè)電動(dòng)缸都能夠?qū)崿F(xiàn)空間中單獨(dú)的伸縮運(yùn)動(dòng)，因此控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)六個(gè)電動(dòng)缸的伸縮量的控制，可以驅(qū)動(dòng)上平臺(tái)完成空間中的六自由度運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)上平臺(tái)位姿的改變。六自由度分別指的是平臺(tái)沿著x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸的平移運(yùn)動(dòng)，以及繞三個(gè)坐標(biāo)軸的φx、φy、φz旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)六自由度平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算出各電動(dòng)缸的相應(yīng)位置和速度指令信號(hào)，從而控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)作，保證按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng);當(dāng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)到達(dá)要求的位置時(shí)，各電動(dòng)缸的速度指令信號(hào)給定為零，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)就立刻停下來(lái)，達(dá)到了點(diǎn)位控制的目的。
1 位置解算算法
對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，要保證運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)性和正確性，就需要通過(guò)對(duì)伸縮杠的精確控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就需要引入六自由度平臺(tái)的實(shí)時(shí)位置正反解算法。所謂六自由度平臺(tái)的位置反解，是指由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的空間姿態(tài)求六個(gè)伸縮杠的伸縮量。而六自由度的位置正解，是指有六個(gè)伸縮杠的伸縮量來(lái)求運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的空間姿態(tài)。
本次設(shè)計(jì)仍然采用位置反解的算法作為六自由度平臺(tái)的位置算法。經(jīng)過(guò)推算后動(dòng)平臺(tái)的各點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)于靜平臺(tái)的各點(diǎn)坐標(biāo)的方向轉(zhuǎn)換矩陣表示如下：
其中a，b，c對(duì)應(yīng)為動(dòng)平臺(tái)在X軸，Y軸，Z軸三個(gè)方向上的位移;對(duì)應(yīng)為動(dòng)平臺(tái)繞X軸，Y軸，Z軸三個(gè)軸旋轉(zhuǎn)的角度。
2 連續(xù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
本設(shè)計(jì)將依次完成對(duì)YYPT平移、旋轉(zhuǎn)以及X-Y圓周運(yùn)動(dòng)三種運(yùn)行曲線。
1、平移運(yùn)動(dòng)：動(dòng)平臺(tái)不對(duì)X、Y、Z任一軸做旋轉(zhuǎn)，以平臺(tái)中心為控制點(diǎn)，在X、Y、Z任一軸向做往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)。
2、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：以平臺(tái)中心位于X-Y平面的原點(diǎn)，并在Z軸行程中心，在X、Y、Z繞任一軸做角度旋轉(zhuǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
3、X-Y平面圓周運(yùn)動(dòng)：YYPT平臺(tái)在Z向行程為一半的X-Y平面上，以平臺(tái)中心為原點(diǎn)沿所規(guī)劃的圓形軌跡運(yùn)動(dòng)。其公式為
，其中X、Y分別為圓形在X、Y上的距離，r為所畫圓的半徑，按照此公式計(jì)算上平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
3 控制策略
采用了位置環(huán)加驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的速度環(huán)、電流環(huán)相結(jié)合的三環(huán)反饋的控制方法。在控制算法中采用了前饋的算法，使控制效果更平穩(wěn)、更精確。
4 控制軟件
軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，將程序分為以下模塊：
1)六通道伺服控制模塊：在1ms伺服周期內(nèi)，采集每個(gè)通道的反饋信號(hào)，將PID計(jì)算的信號(hào)對(duì)應(yīng)通道輸出，并做必要的限位判斷。
2)六通道PID運(yùn)算模塊：在1ms的伺服周期內(nèi)，將反饋的信號(hào)和設(shè)置的信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算，得出輸出信號(hào)量。
3)運(yùn)動(dòng)曲線規(guī)劃模塊：設(shè)置平臺(tái)按照規(guī)劃好的曲線方程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
4)六通道PID參數(shù)設(shè)置模塊：設(shè)置六支電動(dòng)缸的PID參數(shù)。
5)數(shù)據(jù)采集及輸出模塊：采集編碼器的反饋數(shù)據(jù)并根據(jù)PID計(jì)算出的結(jié)果輸出相應(yīng)的脈沖量。
5 軟件流程框圖
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