隨著科技的不斷發(fā)展，六自由度平臺(tái)已經(jīng)變得越來(lái)越普及，并成為眾多領(lǐng)域中不可或缺的重要設(shè)備，它被廣泛應(yīng)用于動(dòng)感娛樂設(shè)施、各種訓(xùn)練模擬器以及精密定位設(shè)備等領(lǐng)域，為我們的生活和工作帶來(lái)了極大的便利和樂趣。

　　文/高創(chuàng)傳動(dòng)科技開發(fā)(深圳)有限公司

　　1 何為真正的六自由度

　　六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，也被稱為六自由度并聯(lián)機(jī)器人，是許多高科技應(yīng)用的基礎(chǔ)。它不僅在娛樂領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如娛樂賽車的駕駛模擬、3D/5D動(dòng)感影院和VR虛擬游戲里的電動(dòng)座椅，還廣泛應(yīng)用于各種模擬體驗(yàn)平臺(tái)的搭建，如飛行模擬器、汽車駕駛模擬、火車駕駛模擬、直升機(jī)機(jī)架式模擬、坦克駕駛模擬、航海駕駛模擬和地震小屋等。

　　六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是由六支電動(dòng)缸，上、下各六只萬(wàn)向鉸鏈和上、下兩個(gè)平臺(tái)組成，下平臺(tái)固定在基礎(chǔ)上，借助六支作動(dòng)筒的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成上平臺(tái)在空間六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。

　　六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過六個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)缸進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，這六個(gè)電動(dòng)缸是并聯(lián)設(shè)置的，共同驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。每個(gè)電動(dòng)缸都能在空間中獨(dú)立伸縮，從而實(shí)現(xiàn)上平臺(tái)的六自由度運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)通過控制六個(gè)電動(dòng)缸的伸縮量，使上平臺(tái)在空間中完成六自由度的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變上平臺(tái)的位姿。這六種自由度分別是沿x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸的平移運(yùn)動(dòng)，以及繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的φx、φy、φz旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，包括俯仰、偏航和滾動(dòng)(圖1)。

　　圖1 六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)示意圖

　　2 呼喚運(yùn)動(dòng)控制來(lái)助力

　　考慮到六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和配置形式，并結(jié)合計(jì)算機(jī)的控制策略，以及高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的需求，設(shè)備需要一種開放式結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，通過高性能的運(yùn)動(dòng)控制綜合解決方案來(lái)完成六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制要求，因此需要提供強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能作為保障。

　　圖2 六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

　　3 為六自由度插上自動(dòng)化翅膀

　　六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的核心在于其6軸伺服運(yùn)動(dòng)部分，搭載高創(chuàng)BD3E+PM2伺服方案，伺服接收EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制卡指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)仿真。由于省去了能量的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，電動(dòng)機(jī)直接產(chǎn)生力和力矩，因此運(yùn)動(dòng)過程確定性好，效率高，系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)包括：

　　l 高創(chuàng)BD3E系列基于機(jī)械模型頻域分析參數(shù)整定，整定過程位移小，無(wú)振動(dòng)，不會(huì)對(duì)物料造成損傷;

　　l 隱藏式編碼器電池倉(cāng)，連接線整潔穩(wěn)定;

　　l 速度環(huán)響應(yīng)帶寬為2.1kHz;

　　l 采用強(qiáng)弱電分離設(shè)計(jì)，因?yàn)镋MC問題引起的莫名其妙故障會(huì)顯著降低;

　　l 高響應(yīng)電流帶寬，能最大化發(fā)揮電機(jī)性能。

　　圖3 搭載高創(chuàng)BD3E+PM2伺服方案的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

　　采用高創(chuàng)BD3E+PM2伺服方案后，六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中的六個(gè)下平臺(tái)伺服軸展現(xiàn)出快速的伺服響應(yīng)速度和極高的靈敏度。其加速度高達(dá)0.2g，重復(fù)定位精度在10um以內(nèi)。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，電機(jī)的負(fù)載占比僅27%，確保了高可靠性的運(yùn)行，并且噪音較小，滿足設(shè)備核心工藝各項(xiàng)指標(biāo)要求。

　　4 高創(chuàng)BD3E交流伺服系統(tǒng)之八大技能

　　技能1：設(shè)計(jì)精巧 匠心之作

　　隱藏式電池倉(cāng)，布線簡(jiǎn)潔，連接穩(wěn)定;以太網(wǎng)調(diào)試接口，穩(wěn)定便捷，支持 EtherCAT調(diào)試，輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)下載、固件維護(hù);強(qiáng)弱電分離設(shè)計(jì)，抗干擾能力顯著提高;輕松掃碼，一機(jī)一碼，快速確認(rèn)產(chǎn)品信息。

　　技能2：調(diào)試簡(jiǎn)單 上電即用

　　MTP電子銘牌，電機(jī)即插即用;絕對(duì)值編碼器，可省去限位和原點(diǎn);圖形化調(diào)試向?qū)?，使伺服調(diào)試簡(jiǎn)單直觀;一鍵自整定，節(jié)省90%調(diào)試時(shí)間;操控面板，六個(gè)按鍵，參數(shù)調(diào)試、系統(tǒng)整定、故障排查、報(bào)警清除，一手掌握。

　　技能3：品質(zhì)保障 堅(jiān)如磐石

　　主動(dòng)式散熱設(shè)計(jì)+三防涂層抵御高溫、高濕、多粉塵等惡劣應(yīng)用環(huán)境;通過IEC 61800試驗(yàn)嚴(yán)苛測(cè)試耐受復(fù)雜電氣環(huán)境;高品質(zhì)物料，嚴(yán)格制程管控，提升品質(zhì)，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率更高;產(chǎn)品符合CE認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，獲得TUV頒發(fā)的CE認(rèn)證，滿足海外客戶設(shè)備安全應(yīng)用要求。

　　技能4：先進(jìn)算法 剛?cè)岵?jì)

　　超快整定，MTP電子銘牌+自調(diào)諧;碰撞檢測(cè)，開環(huán)力控，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，省去傳感器成本;振動(dòng)抑制，全頻域(低頻+中頻+高頻)振動(dòng)抑制，剛性+柔性負(fù)載振動(dòng)抑制;HDM控制算法，基于機(jī)械模型的頻域設(shè)計(jì)方式,設(shè)計(jì)最優(yōu)伺服控制增益及濾波參數(shù)。

　　技能5：簡(jiǎn)單模式 自動(dòng)整定

　　可靠性高，基于模型的參數(shù)自整定可靠性高;基于頻率分析的參數(shù)整定，在整定過程中目標(biāo)對(duì)象移動(dòng)距離小;參數(shù)整定過程中不會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)劇烈損壞機(jī)臺(tái)的現(xiàn)象;參數(shù)整定速度快，整定算法在PC中實(shí)現(xiàn)。

　　技能6：專家模式，基于機(jī)器模型頻域分析的HDM算法

　　可對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)，自動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)，提升控制性能。

　　技能7：開環(huán)力控

　　無(wú)傳感器壓力控制，控制精準(zhǔn);支持保壓功能和碰撞保護(hù)可選;保壓支持5段位置和壓力設(shè)置;碰撞保護(hù)精準(zhǔn)，避免誤報(bào)。

　　技能8：安全可靠 放心使用

　　碰撞檢測(cè)，可設(shè)置碰撞后回零或者停車;STO安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷，簡(jiǎn)化了設(shè)備整體安全功能系統(tǒng)設(shè)計(jì);動(dòng)態(tài)制動(dòng)，減少斷電后自由停車距離;寬窄箱子，400W特制款機(jī)型內(nèi)置再生電阻，節(jié)省電柜空間，縮短減速時(shí)間，提高制動(dòng)能力。

　　多態(tài)融合創(chuàng)新，賦能智能制造未來(lái)。高創(chuàng)還將繼續(xù)依托領(lǐng)先的技術(shù)專長(zhǎng)，為推進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制綜合解決方案向多元行業(yè)的延伸覆蓋提供助力，持續(xù)探索、不斷創(chuàng)新，從而為設(shè)備打造更高性能的運(yùn)動(dòng)控制，為工業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)貢獻(xiàn)力量。

　　圖4 高創(chuàng)BD3E+PM2伺服系統(tǒng)