六自由度运动平台实时控制的正_反解算法
六自由度平台控制流程
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六自由度平台控制流程是一个复杂的过程，涉及多个子系统和反馈回路。
六自由度平台控制流程
六自由度平台控制流程
一、设计阶段
1.确定平台运动范围
（1）确定平台的工作空间尺寸
（2）确定平台的最大移动范围
2.选择控制系统
（1）确定控制系统的类型
（2）选择适合的控制器
二、运动学建模
1.建立平台的运动学模型
（1）确定平台的坐标系
（2）建立运动学方程
2.运动学分析
（1）分析平台的各个自由度运动关系
（2）计算各关节的运动学参数
三、控制器设计
1.PID控制器设计
（1）确定PID控制器参数
（2）进行闭环控制设计
2.轨迹规划
（1）设计平台的运动轨迹
（2）确定平台的运动速度和加速度
四、软硬件实现
1.编写控制程序
（1）使用编程语言编写控制算法（2）软件实现运动控制
2.硬件连接
（1）连接传感器和执行器
（2）配置控制器和驱动器
五、系统调试
1.运动测试
（1）进行平台的手动控制测试
（2）检查各个自由度的运动是否正常2.控制效果验证
（1）进行自动控制测试
（2）验证控制效果和精度
六、性能优化
1.参数调整
（1）调整控制器参数
（2）优化控制算法
2.系统稳定性分析
（1）进行系统稳定性分析（2）确保平台运动稳定可靠。
基于NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现
基于NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现王效亮;张芳;曾宪科;栾婷;陈成峰【摘要】六自由度平台测控系统是六自由度平台的电气控制部分,它通过对六路液压缸的实时闭环控制,实现对平台位姿的控制;该测控系统采用NI的计算机,配置多种类型的PXI板卡,实现了对平台的电压、电流、数字IO、CAN总线等多种接口类型的测量和控制,满足了可靠性需求;采用了典型的上下位机控制,分别进行实时计算与任务管理,解决了实时性的控制需求;采用NI的虚拟仪器Labview开发测控软件,完成实时计算平台的正解与反解模块,作动器闭环控制等功能,增强系统的功能和灵活性;目前六自由度平台测控系统的硬件部分和软件部分都已经通过了调试,对系统进行了正弦运动和暂态特性测试,实验结果表明,运行速度快,满足了平台的控制要求.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)002【总页数】6页(P24-28,33)【关键词】六自由度平台;软件;SIT仿真模型【作者】王效亮;张芳;曾宪科;栾婷;陈成峰【作者单位】北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TP273+.50 引言六自由度平台是一种模拟航天器空间运动姿态的模拟器，在其行程范围内可以模拟任意空间运动。
六自由度是平台具有六个自由运动的维度，即纵向、升降、横向、俯仰、横滚、偏航[1]。
通过对6个液压作动器的精确控制和解藕算法，实现对平台的6个自由度的位姿控制。
其系统示意图如图1所示。
图1 六自由度平台示意图六自由度运动平台可以实现对既定的轨迹的跟踪，作为运动仿真平台有着广泛的应用：1)可以作为航空飞行模拟器；2)可以作为机器人的模拟运动机构；3)在娱乐界可以作为体感模拟娱乐机；4)用作飞机、船舶、潜艇、航天器等运动载体中相关仪器设备的试验。
六自由度并联机器人简介解读
发展与应用
检测产品在模拟的反复冲击、振动下的运行可靠性 Gough在1948年提出用一种关节连接的机器来检测轮胎。轮胎检测是将轮胎安装 在试验台轮毂上，施加载荷并让其高速旋转，通过测定轮胎旋转时所受的径向、侧向 和纵向滚动阻力的变化值。并联机构的灵活性和高刚度具有很大的优势。目前， Stewart平台仍广泛用于轮胎均匀性检测和动平衡实验。
（8）
其中： （9） 表示电机的转矩系数。
伺服系统建模
由式(1)和式(7)可得：
（10）
假设La=Ld=Lq，根据式(10)可以得到PMSM在id=0情况下的状态方程：
（11）
在零初始条件下，对式(13)进行拉普拉斯变换，得到以电压uq为输入，转子速度为 输出的交流永磁同步电机控制原理图：
伺服系统建模
候凯翔.六自由度动感体验设备及控制系统开发[D].长春：吉林大学，2011.
原理
上下平台各铰点分别在参考坐标系和动坐标系中的坐标为：
原理
原理
伺服系统建模
六自由度并联机器人伺服系统为电流转速位置三闭环结构，常用的调整量是位置，即 杆件的位移大小。仿真模型的建立需要伺服系统的数学模型，电机的模型是核心内容。 应用于六自由度并联机器人中的电机为交流永磁同步电机，简称PMSM。本文的 PMSM模型建立在d-q坐标系下。PMSM的数学模型有三部分：电压、输出转矩、机 械运动。由于篇幅限制，我们无法详细叙述d-q坐标系与PMSM模型的推导过程。为 了便于仿真，PMSM的数学模型可以写成如下形式：
发展与应用
1978年，澳大利亚著名机构学家Hunt提出可以应用6 自由度的Stweart平台机构作为机器手的思想； 1979年Mccallino等人首次设计出了在小型计算机控制 下，在精密组装中完成校准任务的并联机器人，从而 真正拉开了并联机器人研究的序幕，越来越多的学者 投入到研究之中； 到80年代末期特别是90年代以来，并联机器人广为注 意，并成为了新的热点，许多大型会议都设多个专题 进行讨论，国际上名的学者有Warldron，Roth， Gosselin，Fenton，Merlet，Angele等。 王海东.并联机器人机构构型与性能分析[D].秦皇岛：燕山大学，2001. 张志涛.Stewart类六自由度并联机构的研制[D].天津：天津大学，2009.
六自由度并联机器人实时控制实现
中断矢 量 高址
ＬＤ Ａ ． ０Ａ ５Ｈ
算法 分析 及 运动 特性 分析 算 出 的数据 ． 给 出 了其硬 件连 接 和软 件 实现的 方 法 ， 茌实现过程中解决 了主机与从机之间的通 讯 与定时 问晤 并成功 地用 于机 器人的 控制 中 得到 了理 想的 控制效 果 关键 机器人 － 计算机控制； 通讯 控 制算法。 Ｐ ０ Ｔ ８１
环 。
与 ＰＯ Ｉ Ａ口相接 ，８ ５ Ａ芯片 Ｂ ｎ作为控 ２５
制 口与 Ｐ Ｏ Ｉ Ｂ口相接。其中 １ ～Ｂ ３ ０ ３作 为控制线输出 ，Ｂ４ ３ ～１ ５设置为中断选通
１ ．六 自 由度 并 联 机器 人 结构
六自由度井联 毫 器人是由六 个液压缸 『 Ｌ 连接 上 、下两 个平 台组成 ，机械 手位 于 上 平台的 中心 。六 个液压 缸的 伸长与缩 短 ，使得 机器 人的 凯械手 从一个位 置移 动 到 另 一个 位置 ，即 完成 指定 的 操作 。
其结 构示意 图见图 ｌ 。
信号 ，它们的上升滑将 引起 ＴＰ ０ 中断。 Ｓ１ 这样 设置 后，主 机 可同时向 从机发送 控 制字 和中断 选通 信号 。从机 中断后 ，对 Ｐ Ｏ芯片 １ Ｉ ３口的 Ｂ 一Ｂ ０ ３位进行查询．然 后转到相 应的中断服务 子程序中去执 行 ８ ５ Ａ芯片 Ｃ口中的 Ｃ ～Ｃ 作为状态信 ２５ Ｏ ２ 号 。
２．控 制 原 理
六 自由度井联机器 人计算机控制 系统 是 由 一台 主机和 三台从 机组 成。 主机为 管理机 ，由 ＰＣ机 承担 ，负责动 作规划 、 位置 监控 和中断 管理 从机 为直接 前梧
控 制 机 ， 圆机 器 人共 有 六 路 控 制信 号
六自由度运动平台位置反解的建模与仿真研究
１４ ｍ ７ ０ｍ
六 个 液 压 缸 的 下 铰 点 ； ＡＢ
为 第 １ ６号 液 压 ～
缸； ｈ为上平铰点在 坐标系 中的位置 关系可 得下平
台各铰点 在静 坐标系 中的坐标 为 （ 位 ： ｍ） 单 ａ
２１ ０ ０年 １ 月 １
图 １ 所示 。
上 平 台铰点所 在外接 圆直径 下 平 台铰 点所在 外接 圆直径 两 相邻上 （ ） 点距离 下 铰
１ 坐 标 系 的 建 立 ． ２
１０ｍ ３ ｍ
为求 解六 自由度 运 动平 台的空 间位 置关 系 ， 首
先在上 、 下平 台上建 立静 、 动两 坐标 系ｆ Ｉ － Ｚ和 Ｂ（ ＸＹ ） Ｏ ｆ （－ Ｉ 。 Ａ｝ － １ ０＂ ’ 静坐 标 系原 点 ０位 于下平 台 中心 ， Ｘ－ Ｚ 轴垂直 底 面 向上 ， 位 于底面 ，垂直 下 铰点 和 ｙ轴
曰 的连线 ， 轴 方 向 符 合 右 手 法 则 。动 坐 标 系原 点 位 于 上 平 台 中 心 ， 上 平 台 在 中 位 时 ， 坐 标 当 静 系 、 Ｚ轴 与 动 坐标 系 轴 方 向一 致 ，且 动 坐 标 ｙ、 系 轴 穿 过 点 ， 垂 直 于 上 平 台 向上 ， 垂 直 上 铰 轴 轴 点 和 的连线 ， 同理轴方 向符合 右手 法则嘲 。各轴 指示
六 自由度运 动平 台位 置反解 的建模 与仿真研 究
晁智强 郭小 牛 刘相 波 韩 寿松 李华 莹
（ 甲兵 工 程学 院机 械 工 程 系 北 京 装 １０ ７ ０ ０ ２）
摘 要 ： 用 ＭＡ Ｌ ＢＳ ｌ ｋ对 实 验 室 研 制 的六 自 由度 运 动 平 台位 置 反 解 建 模 、 真 、 析 ， 过 对 上 平 台 进 行 垂 应 Ｔ Ａ ／ｉ ｉ ｍｕ ｎ 仿 分 通
六自由度并联机器人简介解读
发展与应用
并联机器人简介 并联机构的研究最早可以追溯到1813年，著名数学家 A.Cauchy对结构相连的八面体运动的可能性产生了兴 趣并进行了研究； 十九世纪末工程师已经开始对空间机构进行研究了； 1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种并联机构的 娱乐装置； 1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联 机构，用于汽车的喷漆 1949年Gough采用并联机构制作了轮胎检测装置；
李仕华.几种空间少自由度并联机器人机构分析与综 合的理论研究[D].秦皇岛：燕山大学，2004
发展与应用
我国第一台虚拟轴机床原型样机VAMTIY已由清华大学和天津大学联合开发； 天津大学和天津第一机床总厂合作于1999年研制了三坐标并联机床商品化 样机LINAPOD； 哈尔滨工业大学 燕山大学
李仕华.几种空间少自由度并联机器人机构分析与综合的理论研究[D].秦皇岛：燕山大 学，2004.
发展与应用
1978年，澳大利亚著名机构学家Hunt提出可以应用6 自由度的Stweart平台机构作为机器手的思想； 1979年Mccallino等人首次设计出了在小型计算机控制 下，在精密组装中完成校准任务的并联机器人，从而 真正拉开了并联机器人研究的序幕，越来越多的学者 投入到研究之中； 到80年代末期特别是90年代以来，并联机器人广为注 意，并成为了新的热点，许多大型会议都设多个专题 进行讨论，国际上名的学者有Warldron，Roth， Gosselin，Fenton，Merlet，Angele等。 王海东.并联机器人机构构型与性能分析[D].秦皇岛：燕山大学，2001. 张志涛.Stewart类六自由度并联机构的研制[D].天津：天津大学，2009.
李仕华.几种空间少自由度并联机器人机 构分析与综合的理论研究[D].秦皇岛：燕 山大学，2004.
六自由度机械臂逆运动学自己编写代码
六自由度机械臂逆运动学自己编写代码引言：六自由度机械臂是一种灵活机械结构，通过多个关节的组合和运动，能够实现在三维空间中的各种姿态和位置变换。
机械臂的逆运动学问题是指根据目标位置和姿态，计算机械臂各个关节的角度，使得机械臂能够到达目标位置。
在本文中，我们将探讨六自由度机械臂逆运动学及其自己编写代码的方法与技巧。
1.六自由度机械臂逆运动学简介六自由度机械臂是指具有六个关节的机械臂，每个关节都可以进行旋转运动。
机械臂的逆运动学问题是指根据目标位置和姿态，计算机械臂各个关节的角度，使得机械臂能够到达目标位置。
在逆运动学问题中，需要解决的核心问题是确定机械臂各个关节的角度，并确保机械臂能够到达目标位置和姿态。
2.六自由度机械臂逆运动学求解方法解决六自由度机械臂逆运动学问题的方法有很多种，常见的有几何方法、迭代方法和优化方法等。
在本文中，我们将介绍一种基于几何方法的简单而有效的求解方法。
我们需要明确机械臂的构型和坐标系。
六自由度机械臂通常采用DH参数进行描述，每个关节都有自己的坐标系和DH参数。
根据机械臂的构型和坐标系，可以建立机械臂的正运动学模型，将目标位置和姿态转化为末端执行器坐标系下的坐标。
接下来，我们需要根据目标位置和姿态，计算机械臂各个关节的角度。
通过几何推导和三角关系，可以得到机械臂各个关节的角度解析表达式。
根据这些表达式，我们可以编写代码进行计算，得到机械臂各个关节的角度。
3.六自由度机械臂逆运动学代码编写在编写六自由度机械臂逆运动学代码时，我们可以使用编程语言如Python来实现。
以下是一种简单的代码实现方法：import numpy as npdef inverse_kinematics(target_position, target_orientation):# 定义机械臂各个关节的DH参数和初始角度# ...# 计算目标位置和姿态对应的末端执行器坐标系下的坐标# ...# 根据几何关系和三角关系计算各个关节的角度# ...return joint_angles# 设置目标位置和姿态target_position = np.array([x, y, z])target_orientation = np.array([roll, pitch, yaw])# 调用逆运动学函数，得到机械臂各个关节的角度joint_angles = inverse_kinematics(target_position, target_orientation)# 输出机械臂各个关节的角度print(joint_angles)在这段代码中，我们首先定义了机械臂各个关节的DH参数和初始角度。
六自由度机械臂逆运动学算法
六自由度机械臂逆运动学算法六自由度机械臂逆运动学算法六自由度机械臂逆运动学算法朱齐丹王欣璐（哈尔滨工程大学，哈尔滨，150001）摘要：根据D-H参数法确定六自由度机械臂的运动学方程，结合平面几何法和欧拉角变换法将机械臂的逆运动学求解问题分为两部分，一通过平面几何法确定机械臂腕部点的坐标与前三个关节角的关系，二通过欧拉角变换法确定机械臂末端姿态与后三个关节角的关系，根据逆运动解的选取原则从八组解中选取最优解；利用MATLAB中的Robotics Toolbox建立机械臂的正运动学模型，通过多组位姿下的正逆运动解对比验证逆运动学求解算法的准确性；利用VC++中的QueryPerformanceCounter函数和MATLAB中tic-toc 语句得到不同算法所消耗的平均时间，通过消耗时间的对比说明该算法的快速性；利用VC++编程实现机械臂写字的过程，通过对比输入字的形状与机械臂末端的实际运动轨迹，进一步验证该算法是一种快速而准确的逆运动学求解算法。
关键词：机器人，六自由度，机械臂，逆运动解，平面几何法，欧拉角变换法0 引言机械臂被广泛应用于机械制造、航空航天、医疗和原子能等领域，机械臂的逆运动学问题是其轨迹规划与控制的重要基础，逆运动学求解是否快速准确将直接影响到机械臂轨迹规划与控制的精度，因此针对工业中常用的六自由度机械臂，设计一种快速准确的逆运动学求解方法是十分重要的。
目前，机械臂逆运动学的求解方法主要有：迭代法、解析法和几何法。
迭代法虽然在大多数情况下是可行的，但却无法得到全部解；解析法计算较为复杂，但可以得到全部根；几何法针对机械臂的某些特殊结构进行简化，再进行求解，虽然对于一般机械臂不通用，但是其形式简单，求解所需的计算量远远小于迭代法和解析法。
Paul 等[1]于1981年提出的解析算法对后来的机械臂逆运动学问题研究有着指导性意义。
Regnier[2]于1997年提出一种基于迭代法和分布式的算法，能够求出多种结构的六自由度机械臂的位置逆解，但相应的计算时间也会变长。
六自由度平台功率及推力计算
六自由度平台所需功率及推力计算Sky16807@QQ：44915263一、单缸运动A. 按功率计算单缸运动，1秒内，单缸从行程0运作到行程100，造成平台的重心位置从614提高到631.2，六人平台加座椅，总重按照1吨计算。
根据功能原理：电动缸所做的功= 平台重力势能的提高⋅P=mght()3310⨯⨯-⋅⨯=6312.P-10614101P=172wB. 按受力分析计算将平台看作杠杆，单缸的升起，顶动杠杆绕着支点转动。
支点，由于六自由度平台不是简单的杠杆，运动时，支点位置漂浮并转移，不好找。
但是一个简单的道理，支点离该缸越近，该缸越省力，但是为了计算的可靠，我们认为，支点为离该缸最远的转动点。
六个缸的头尾支点分布在直径800的圆周上，于是认为单缸的力臂为800，同时，缸与水平面成角46°，由杠杆平衡：=⋅F0⋅⋅sin46400mg8006950F=N÷P3=⨯==-FS⨯695t/w1016950100单缸运动，行程刚开始时，为最费力的时刻。
当单缸继续升起，该缸越趋于垂直状态，有效分力更大；另一方面，单缸运动，平台开始转动，重心也会朝支点方向移动，该缸将更加轻松，所需的力气减小。
二、双缸运动双缸运作，分为相邻、相隔、相向三种情况。
如果是相邻缸，则和单缸运作相比，势必更省力，所需功率更小。
A. 相向的两缸对岸相向的两缸，同时运作，会造成平台的曲线平移，平移个过程中，既有水平移动又有垂直升高。
A-1 功能原理mgh t P =⋅()33106141.646101012P -⨯-⨯⨯=⋅w 5.160P =A-2 按受力分析计算相向两缸刚开始启动，两缸共承担也一直承担1/3的总重。
3/mg 46sin F 2=︒⋅N 1031.2F 3⨯=w 2311101001031.2t /FS P 34=÷⨯⨯⨯==-B. 相隔的两缸相隔的两缸的同时运作，平台将既倾转、又旋转、又升高。