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Stewart平臺(tái)以其特有的大剛度、高精度和高載荷自重比等特點(diǎn)，適用于高精度、大載荷且對(duì)工作空間的要求相對(duì)較小的場(chǎng)合。在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為機(jī)器人以及醫(yī)療設(shè)備、機(jī)械加工、天文儀器等多種應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。推薦閱讀：六自由度Stewart運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的特點(diǎn)、應(yīng)用及功能
本文南京全控將為您分析關(guān)于Stewart平臺(tái)及其在現(xiàn)實(shí)生活和各個(gè)行業(yè)中的用法的信息。
主要通過(guò)以下三個(gè)方面為您介紹
斯圖爾特平臺(tái)和六足動(dòng)物介紹
Stewart平臺(tái)的提示，技巧和注意事項(xiàng)
在哪里可以看到或需要Stewart平臺(tái)?
一、斯圖爾特平臺(tái)和六足機(jī)器人介紹
斯圖爾特平臺(tái)是一種用于精密位置和運(yùn)動(dòng)控制的特殊機(jī)電一體化系統(tǒng)，最初于1965年提出作為飛行模擬器。從那時(shí)起，Stewart平臺(tái)受益于各種應(yīng)用程序(更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)本博客的第3節(jié))。根據(jù)定義，Stewart平臺(tái)也是一種并行機(jī)器人，但范圍和移動(dòng)性有限。
該平臺(tái)有多種變體，但大多數(shù)都有六個(gè)線(xiàn)性致動(dòng)的支腿，支腿平臺(tái)連接的組合有所不同。完整的組件是一個(gè)并聯(lián)的機(jī)器人系統(tǒng)，由連接到固定底板的剛體頂部或移動(dòng)板組成。頂板的中心至少由三個(gè)坐標(biāo)定義，目的是在3D空間中移動(dòng)該中心點(diǎn)。
要移動(dòng)上板，必須用執(zhí)行器控制每對(duì)支腿(下部和上部)，以改變支腿的總長(zhǎng)度。通過(guò)獨(dú)立控制每條腿的長(zhǎng)度，并使用稱(chēng)為正向和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)的數(shù)學(xué)計(jì)算，可以精確地更改頂部中心的位置。
放置在頂板上的設(shè)備可以在六個(gè)自由度中移動(dòng)，自由懸掛的物體可以在其中自由移動(dòng)。這是三個(gè)線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)x，y，z(橫向，縱向和垂直)，以及三個(gè)旋轉(zhuǎn)(俯仰，滾動(dòng)和偏航)。由于其運(yùn)動(dòng)，它也稱(chēng)為a或。
每個(gè)Stewart平臺(tái)都有2個(gè)關(guān)鍵的性能標(biāo)準(zhǔn)：中心位置的準(zhǔn)確性和對(duì)位置更改命令的響應(yīng)時(shí)間/速度。平臺(tái)的機(jī)電部件以及系統(tǒng)控制器和軟件在性能中起著重要作用。作為上述組件的混合體，Stewart平臺(tái)屬于機(jī)電工程學(xué)科的重點(diǎn)。
在這種情況下，六足動(dòng)物的簡(jiǎn)短定義也很有價(jià)值。搜索術(shù)語(yǔ)“ hexapod”時(shí)，您可能會(huì)看到兩種不同的解釋。六腳機(jī)器人是一種機(jī)械車(chē)輛，可行走六條腿。但這不應(yīng)與hexapod平臺(tái)混淆，后者也被描述為Stewart平臺(tái)的一種特定類(lèi)型，僅受6條腿限制。請(qǐng)記住，有幾種類(lèi)型的Stewart平臺(tái)具有多于或少于6條支腳，盡管您很少會(huì)看到它們。
二、Stewart平臺(tái)的提示，技巧和注意事項(xiàng)
首先，每個(gè)機(jī)械系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)是活動(dòng)部件的耦合性和耐用性。在Stewart Platform中，這些部件是支腿及其與頂板和底板的連接點(diǎn)。在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們注意到平臺(tái)的物理特性和性能非常容易受到運(yùn)動(dòng)間隙的影響(例如，電動(dòng)機(jī)的反沖或連接螺栓中的間隙等)。為了使平臺(tái)能夠平滑地移動(dòng)，每個(gè)關(guān)節(jié)都應(yīng)受到精確控制。關(guān)節(jié)的位置不確定性將嚴(yán)重影響最終的“組合”位置誤差。為了減少不確定性，應(yīng)使用具有最小公差的精密制作的接頭材料。盡管每一項(xiàng)精密制造都會(huì)帶來(lái)成本負(fù)擔(dān)。因此，與所有物理系統(tǒng)一樣，價(jià)格與性能之間的權(quán)衡對(duì)于Steward Platform也同樣有效。
另一個(gè)重要因素是重量和慣性。相等的長(zhǎng)度，大小和重量對(duì)于最小化夫妻不平衡的影響非常重要。對(duì)于減小慣性動(dòng)量和重量，至關(guān)重要的是還要將DUT(DUT：被測(cè)設(shè)備，放置在頂板上并在Stewart平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備)盡可能地靠近頂板的中心。 (負(fù)載)分配到執(zhí)行器。
用于控制腿部運(yùn)動(dòng);執(zhí)行器有2種不同的選擇：線(xiàn)性伺服液壓系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)。兩者都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，或者我們可以將其稱(chēng)為警告并在下面進(jìn)行描述：
液壓系統(tǒng)適用于重載。但是它們體積大且難以控制，因此需要特殊的控制系統(tǒng)或算法來(lái)獲得良好的線(xiàn)性性能。而且，與機(jī)電系統(tǒng)相比，液壓系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間受到限制。
電動(dòng)機(jī)體積小，易于控制。使用線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)/執(zhí)行器可使系統(tǒng)緊湊。但是很難找到大容量的線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)。使用旋轉(zhuǎn)的常規(guī)電動(dòng)機(jī)帶來(lái)了新的復(fù)雜性，以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)。
由于成本和尺寸的限制，我們正在使用線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)/執(zhí)行器來(lái)構(gòu)建Stewart平臺(tái)。小尺寸，低功率至中功率的線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)更易于查找和使用。但是，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制特性都各不相同，因此需要進(jìn)行校準(zhǔn)(輸入命令與實(shí)際輸出)以獲得最佳性能并匹配每個(gè)關(guān)節(jié)的響應(yīng)。
最后，我們想分享一些有關(guān)反饋機(jī)制的見(jiàn)解。
在Stewart平臺(tái)中，需要2個(gè)反饋機(jī)制(或傳感器)來(lái)進(jìn)行有意義的測(cè)試。這些是：
用于控制每條腿的位置的反饋。它來(lái)自每個(gè)執(zhí)行器，并用于PID或類(lèi)似的控制環(huán)來(lái)控制每條腿的運(yùn)動(dòng)。為此，大多數(shù)情況下使用編碼器。
用于感測(cè)平臺(tái)的實(shí)際位置和方向的反饋，這也使您對(duì)DUT的位置和施加在其上的重力產(chǎn)生了想法。為此，使用了陀螺儀和加速度計(jì)或稱(chēng)為IMU / MPU的加速度計(jì)。
讓我們根據(jù)在Acrome的Stewart平臺(tái)中的偏好給出每個(gè)案例的示例(更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)第4節(jié))。
對(duì)于腿部反饋信號(hào)-我們正在使用線(xiàn)性致動(dòng)器-我們正在使用致動(dòng)器的集成反饋傳感器。該傳感器隨執(zhí)行器和制造商的類(lèi)型而變化。在大多數(shù)情況下，執(zhí)行器使用線(xiàn)性電位計(jì)作為傳感器機(jī)構(gòu)。然后需要一個(gè)模擬測(cè)量通道來(lái)測(cè)量信號(hào)。在某些情況下，使用非接觸式磁條，這也需要進(jìn)行模擬測(cè)量。在非常復(fù)雜的應(yīng)用中，我們注意到數(shù)字傳感器的用法，這些傳感器的輸出也有所不同，但是它始終處于某種數(shù)字通信協(xié)議中(SSI或CAN是廣泛使用的選擇)。
對(duì)于DUT位置，我們更喜歡使用6 DOF陀螺儀或加速度計(jì)IMU，它在同一設(shè)備上結(jié)合了3軸陀螺儀和3軸加速度計(jì)。
三、在哪里可以看到或需要Stewart平臺(tái)?
Stewart平臺(tái)的主要應(yīng)用之一是目標(biāo)跟蹤。在此應(yīng)用中，目標(biāo)可能是平臺(tái)移動(dòng)時(shí)的靜止位置(例如對(duì)地靜止衛(wèi)星或雷達(dá)/搜索地面目標(biāo))，或者目標(biāo)可能是平臺(tái)靜止時(shí)移動(dòng)的目標(biāo)(例如太陽(yáng)能/星體跟蹤器應(yīng)用)。射電望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)是后一種情況的一個(gè)很好的例子，在這種情況下，借助Steward平臺(tái)將望遠(yuǎn)鏡的天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)星系/星體。
另一個(gè)廣為人知的應(yīng)用是在游戲行業(yè)和娛樂(lè)行業(yè)中看到的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。XD電影體驗(yàn)(從4D端到12D為止)需要3D電影體驗(yàn)之外的任何東西。命名沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，但是任何與座位同步移動(dòng)的電影體驗(yàn)都使用某種平臺(tái)，這也可以稱(chēng)為特殊類(lèi)型的Stewart平臺(tái)。這里還應(yīng)該有一種使用某種計(jì)算機(jī)通信接口將平臺(tái)連接到場(chǎng)景生成器的方法。移動(dòng)的“焦點(diǎn)對(duì)象”是在這種類(lèi)型的Stewart平臺(tái)中正在跟蹤的對(duì)象，其中座位(或重力)是固定點(diǎn)。
第三，Stewart平臺(tái)還用于試驗(yàn)基于地形的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)。該應(yīng)用領(lǐng)域有很多用例，大多數(shù)與懸掛系統(tǒng)有關(guān)。一個(gè)例子是座椅懸架，它可以在從自行車(chē)到太空發(fā)射器的各種車(chē)輛上實(shí)現(xiàn)。在這里，Stewart平臺(tái)用作振動(dòng)生成平臺(tái)，用于模擬實(shí)驗(yàn)室中地形引起的車(chē)輛振動(dòng)。
下面為大家展示南京全控關(guān)于Stewart平臺(tái)用于車(chē)輛模擬的應(yīng)用。在該模擬器上，我們可以根據(jù)操作員的指令對(duì)車(chē)輛進(jìn)行俯仰、翻轉(zhuǎn)、滾動(dòng)模擬運(yùn)動(dòng)。
Stewart平臺(tái)六軸并聯(lián)機(jī)器人作為并聯(lián)機(jī)器人產(chǎn)品中算法最復(fù)雜的一種，很難用只言片語(yǔ)來(lái)解釋清其中的奧秘。南京全控作為國(guó)內(nèi)一直致力于研發(fā)六自由度平臺(tái)和工業(yè)機(jī)器人公司，將產(chǎn)品研發(fā)作為己任，不斷推陳出新。
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