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多自由度并聯(lián)平臺(tái)在科普展項(xiàng)中的應(yīng)用

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發(fā)表于 2022-9-15 14:55:49 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |正序?yàn)g覽 |閱讀模式
  科普展品是展示科學(xué)、普及科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)品,大型交互式模擬展覽可以使用多自由度并行平臺(tái)作為載體,達(dá)到最佳的展示效果。本文將結(jié)合筆者在科技館工作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),討論多自由度并行平臺(tái)在科普戰(zhàn)項(xiàng)目中的應(yīng)用。
0 d: m6 @0 Y$ D- Q7 h/ o' y/ r& y& T8 w$ a$ E
- F+ o5 ~) ^/ S* H% A
  一多自由度并聯(lián)平臺(tái)! b* z6 p. {) _" M0 i3 R3 K
' t$ n3 m8 |  }' s6 B  P5 d% U3 f
  多自由度并聯(lián)平臺(tái)由多個(gè)伸縮桿和兩個(gè)平臺(tái)組成,下部平臺(tái)必須固定,伸縮桿殼體套必須固定在下部平臺(tái)上,上部使用萬(wàn)向比較鏈連接到上部平臺(tái)嵌入式-PLD(可編程邏輯器件)2 C1 o1 L& n5 K1 d2 {  F2 B
0 [& a$ X2 }' q0 ~/ U5 a; E) @

0 V( f5 E, \' f! R* e2 k! n0 i  多自由度并聯(lián)平臺(tái)沒(méi)有明確的命名規(guī)范,通常根據(jù)自由度數(shù)執(zhí)行器的類型命名。例如,如果圖1平臺(tái)有6個(gè)自由度,執(zhí)行器是伺服傳動(dòng)缸,則命名為“6個(gè)自由度伺服傳動(dòng)缸平臺(tái)”。嵌入式-FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列). k/ y  O: l: Y
% ^. v$ J; f: i7 V5 W

/ I, ~; \7 j4 T2 t9 ^( B* Q  2六自由度并聯(lián)平臺(tái)位置姿態(tài)及求解
; ]6 l6 d8 S0 M# G  X/ b4 u% Z2 f! I1 `% G8 p1 C: J
, A$ ]9 f1 ~- `8 @8 u
  六自由度并聯(lián)平臺(tái)的六個(gè)伸縮桿可以在控制下自由伸縮,因此必須調(diào)整六個(gè)伸縮桿,使六自由度平臺(tái)能夠根據(jù)需要移動(dòng)。射頻
  J/ ^% x6 R, D/ C( @, [3 A; v1 C3 z0 o4 w) u# y
+ d# G: E& u. q0 S/ g
  六自由度并聯(lián)平臺(tái)的平臺(tái)位置姿態(tài)與各伸縮桿的伸縮量呈非線性關(guān)系,正解計(jì)算過(guò)程復(fù)雜,但六自由度并聯(lián)平臺(tái)位置反轉(zhuǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單。一般提供平臺(tái)的6個(gè)空間姿態(tài)參數(shù)(、Y、Z、A、8、Y),通過(guò)計(jì)算得出6個(gè)伸縮桿長(zhǎng)度(L1 ~)
, r; D) S9 b$ l
# z, T& G6 D" X6 X
. I6 x3 }) @5 k+ z6 j* C  如圖2所示,將A1~A6設(shè)置為上部平臺(tái)和伸縮桿的比較觸點(diǎn),將B1~B6設(shè)置為下部平臺(tái)和伸縮桿的比較觸點(diǎn)。1 J0 r4 z+ A& b9 x1 a
1 ]6 R- O) ^7 ~. A
, ~7 C5 ^; T. [! k8 k
  上下平臺(tái)的轉(zhuǎn)換公式如下:& x# ?+ [0 C  a. c. z

2 _) D2 ?( m) R. t
+ U+ y! \, y! i0 Q/ w* I- @8 }2 x  其中[T]是旋轉(zhuǎn)矩陣,首先:繞軸旋轉(zhuǎn)y,平移關(guān)系如下:0 i; V/ B$ F- H7 N

/ l9 Z( a" L' @2 \3 K5 `9 I# E8 n% v8 I, Z9 h6 _# W: d& b* Q" W  x
  用矩陣書(shū)寫的格式如下:
& T- G. {- T: Q) }" T, u" H. [4 c
8 E: Q9 r- v& s$ B4 f
8 x* l, N5 H0 }2 H3 ]) H5 [* E  同樣,如果旋轉(zhuǎn)8、A得到矩陣[B]、[A],則旋轉(zhuǎn)矩陣[T]=[C][B][A]。如果用轉(zhuǎn)換公式替換生成的矩陣[T],則可以獲得伸縮條的長(zhǎng)度,表示如下:. L5 ~+ h  C' P% Q6 v9 j& I& |$ `* G
! e* [+ W8 o( D# w4 H2 D8 n2 u

& l; C' ~( I' [1 |" N# E# n& B  根據(jù)上述計(jì)算,利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)獲取L10L6伸縮條的長(zhǎng)度,并可向伸縮條控制器提供計(jì)算機(jī)輸出信號(hào),以準(zhǔn)確控制六自由度并聯(lián)平臺(tái)的姿態(tài)。
/ n) x/ [  M% Z2 c# g7 R9 S- O: O2 w

- C: y6 Q" A9 @3 Z8 S5 _  三六自由度伺服液壓系統(tǒng)平臺(tái)在科普展品中的應(yīng)用0 d2 m9 @  A( c2 l: N: u

7 X* h  \* |3 @/ `$ e. Y3 \% ~$ ]- ?/ R/ o0 O9 {( u
  如圖~所示,寧夏科技館的全景飛行模擬器展品利用六自由度伺服液壓平臺(tái),根據(jù)觀眾的工作情況實(shí)時(shí)模擬飛機(jī)的姿態(tài)(左右傾斜、上下旋轉(zhuǎn)等),模擬實(shí)際飛行環(huán)境。將投影儀內(nèi)投影與多種聲光電技術(shù)相結(jié)合,從視覺(jué)和位置感上給予參與者強(qiáng)大的沖擊,創(chuàng)造出幾個(gè)雜亂的模擬環(huán)境。1 r3 r  ~, w+ ]( \

, l' A& I2 Q+ X7 e3 U  u9 [
% y1 V7 l, L. Y7 x* W  六自由度伺服液壓平臺(tái)正常運(yùn)行已超過(guò)11年,僅發(fā)生液壓油微泄漏、密封墊損壞等小故障。液壓驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的噪音一般在75dB以上,寧夏科技館利用設(shè)備在距離飛機(jī)3米左右的單獨(dú)設(shè)備之間放置液壓缸和油泵等,以阻斷液壓泵工作時(shí)的噪音。
7 o- o% s6 f3 b  Y, p! U
  Y5 w8 z' E$ x& L3 x5 P; x
5 Q/ |8 q8 e/ ~4 ^  [  四三自由度伺服電動(dòng)氣缸平臺(tái)在展品中的應(yīng)用: N# W9 h1 w1 ]2 x$ c) U/ z+ ~
! a* R( [' o2 k8 o& `
9 J% o4 r/ Z8 q. m
  “血管漫游”展覽從2017年開(kāi)始啟動(dòng),通過(guò)三自由度電動(dòng)平臺(tái)和VR設(shè)備實(shí)時(shí)模擬虛擬場(chǎng)景的變化,給人一種在血液中游泳的感覺(jué)。
) O+ P( |' E8 h& z& c& O, E
* V1 F- j, T, S4 @8 G2 d
1 j3 w# G; r; {# h  展覽由VR設(shè)備、控制主機(jī)、三自由度伺服電動(dòng)缸平臺(tái)座椅、耳機(jī)、一體頭盔、游戲體驗(yàn)館建設(shè)機(jī)構(gòu)、液晶電視等7部分組成。& P+ m+ Z3 O' q

, R# G1 i/ ?+ e: o% V4 a2 Z) t! V5 N8 n0 w# b
  圖4中的座位上掛著黑線,VR眼鏡數(shù)據(jù)線長(zhǎng)度有限。要求電腦主機(jī)要放在盡可能近的地方。選擇三自由度伺服電動(dòng)缸作為運(yùn)動(dòng)平臺(tái),其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,因此有足夠的空間部署計(jì)算機(jī)主機(jī)。同時(shí),該展品是模擬血管內(nèi)漫游的展品,有三個(gè)自由度,可以滿足運(yùn)動(dòng)需求。0 ~& g% m' C9 a' ]8 ]6 y6 C: K
7 P: ?3 F1 H, b$ K5 A7 Z9 \6 o2 U
  G, p' v+ X- m
  5結(jié)論
: w5 s) t1 c0 A4 q, g0 B
) o% P  m7 T8 u, Q. X$ I. D! ]; s
4 A: r9 F, L! E" v; h. ?  多自由度并行平臺(tái)的應(yīng)用可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師的意圖。特別是在模擬模擬展品中,能給觀眾帶來(lái)良好的互動(dòng)體驗(yàn),這種展品在保證對(duì)游客持續(xù)吸引力的同時(shí),便捷的可維護(hù)性、優(yōu)秀的技術(shù)性能,在大型模擬科普展覽項(xiàng)目中,多自由度平臺(tái)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
5 f6 ]1 m, t8 o0 T4 S6 F
3 q* T6 U6 u; X: @創(chuàng)芯為電⼦主要從事各類電⼦元器件的銷售。提供BOM配單服務(wù),減少采購(gòu)物料的時(shí)間成本,在售商品超60萬(wàn)種,原⼚或代理貨源直供,絕對(duì)保證原裝正品,并滿⾜客⼾⼀站式采購(gòu)要求,當(dāng)天訂單,當(dāng)天發(fā)貨,免費(fèi)供樣!1 [7 o# R) J9 \1 i' a& `
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