六自由度运动平台PID控制系统仿真研究
“六自由度”资料汇整
“六自由度”资料汇整目录一、六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真二、基于Stewart结构的六自由度并联稳定平台技术研究三、模拟器中车辆动力学与六自由度平台联合仿真技术研究四、六自由度破碎机运动特性分析及控制研究五、六自由度并联机器人工作空间分析六、基于液压六自由度平台的空间对接半物理仿真系统研究六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真随着科技的不断发展，机器人已经广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
其中，六自由度机器人作为最具灵活性的机器人之一，备受研究者的。
本文将围绕六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真展开讨论，旨在深入探讨六自由度机器人的性能和特点。
关键词：六自由度机器人、结构设计、运动学分析、仿真六自由度机器人具有六个独立的运动自由度，可以在空间中实现精确的位置和姿态控制。
因其具有高灵活性、高精度和高效率等优点，六自由度机器人在自动化生产线、航空航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。
目前，国内外研究者已对六自由度机器人的设计、制造、控制等方面进行了深入研究，并取得了一系列重要成果。
六自由度机器人的结构设计主要包括关节结构设计、连杆结构设计及控制模块设计。
关节结构是机器人的重要组成部分，用于实现机器人的转动和移动。
连杆结构通过关节连接，构成机器人的整体构型，实现机器人的各种动作。
控制模块用于实现机器人的任意角度运动，包括运动学控制和动力学控制等。
在结构设计过程中，应考虑关节的负载能力、运动速度和精度等因素，同时需注重连杆结构的设计，以实现机器人的整体协调性和稳定性。
控制模块的设计也是关键之一，需结合运动学和动力学理论，实现机器人的精确控制。
运动学是研究物体运动规律的一门学科，对于六自由度机器人的运动学分析主要包括正向运动学和逆向运动学。
正向运动学是根据已知的关节角度求解机器人末端执行器的位置和姿态，而逆向运动学则是根据末端执行器的位置和姿态求解关节角度。
对六自由度机器人进行运动学仿真，有助于深入了解机器人的运动性能。
基于六自由度平台的电动助力转向系统(EPS)试验仿真分析
7310.16638/ki.1671-7988.2021.08.024基于六自由度平台的电动助力转向系统（EPS ）试验仿真分析*郑晓东1，朱留存1,2,3*（1.北部湾大学机械与船舶海洋工程学院，广西 钦州 535011；2.北部湾大学先端科学技术研究院，广西 钦州 535011；3.扬州大学信息工程学院，江苏 扬州 225127）摘 要：通过对电动助力转向系统（EPS ）的原理分析，给出了一种六自由度的电动助力转向系统（EPS ）试验仿真平台，并利用Matlab/Simulink 构建了电动助力转向系统（EPS ）试验仿真平台的仿真模型，用以对于电动助力转向系统在各种实验条件、各种工况下的试验仿真分析，从而得到其在各种情况下所需的助力电流和助力转矩，用于对电动助力转向系统的设计和开发。
关键词：六自由度；电动助力转向系统（EPS ）；电动助力转向系统试验仿真平台；助力转矩；助力电流 中图分类号：U463.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)08-73-04Simulation Analysis of Electric Power Steering System (EPS) Test Basedon Six Degrees of Freedom PlatformZheng Xiaodong 1, Zhu Liucun 1,2,3*（1.School of Naval Architecture & Ocean Engineering, Beibu Gulf University, Guangxi Qinzhou 535011; 2.Advanced Science and Technology Research Institute, Beibu Gulf University, Guangxi Qinzhou 535011;3.College of Information Engineering, Yangzhou University, Jiangsu Yangzhou 225127）Abstract: Based on the principle analysis of the electric power steering system (EPS), a six-degree-of-freedom electric power steering system (EPS) test simulation platform is given, and use Matlab/Simulink to build a simulation model of the electric power steering system (EPS) test simulation platform, for the simulation analysis of the electric power steering system under various experimental conditions and working conditions, so as to get the boost current and boost torque needed in various situations, for the design and development of electric power steering systems.Keywords: Six degrees of freedom; Electric power steering(EPS); Electric power steering system test simulation platform; Boost torque; Boost currentCLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)08-73-04前言电动助力转向系统的助力特性曲线都是通过对不同车型不同工况的实验数据进行拟合的方法来确定[1]，这样获取试验数据的周期长，研发成本高，需要复杂的数学计算且精度不高，同时在复杂的车况下实验员安全隐患增大。
六自由度运动平台方案设计报告doc
1概述YYPT原理样机用原库房留存的345厂的直流电机作为动力源，直流驱动器及工控机作为控制系统元件，采用VB软件进行控制软件的编制，因设计及器件选型的原因，导致YYPT原理样机，在速度、精度、运动规律上等几个技术指标无法满足原规定的指标要求，现在此基础上进行优化方案的设计。
2 原理样机技术状态2.1 原理样机方案2.1.1 组成原理样机采用工控机作为系统的控制单元，工控机内配有研华PCI1716和PCI1723作为A/D和D/A模拟量卡，驱动器采用AMC公司的型号为12A8的伺服驱动器，并配有直流可调电源其输出电流可达到150A，采用KH08XX（3）电动缸作为运动平台的六条支腿，电动缸上安装有电阻尺作为位置反馈器件，上平台与电动缸连接采用球笼联轴器，下平台与电动缸连接采用虎克铰链方式。
具体产品组成表见表2.1。
2.1.2 结构方案六自由度运动平台是由六条电动缸通过虎克铰链和球笼万向节联轴器将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条电动缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
图1 六自由度平台外形图a ）球笼联轴器（如图2所示）采用球笼铰链与上平面连接。
球笼铰链结构简单、体积小、运转灵活、易于维护。
初选球笼铰链型号BJB （JB/T6139-1992），公称转矩Tn=2000N/m ，工作角度40度，外径D=68mm ，轴孔选用圆柱孔d=24mm ，总长度L1=148mm ，转动惯量为0.00008kg.m ²，重量5kg 。
球笼联轴器电动缸虎克铰链上动平台下静平台图2 球笼联轴器b）虎克铰链（如图3所示）采用虎克铰链与下平面连接。
万向节铰链传动效率高，允许两轴间的角位移大，适用于有大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可达35º~45º，噪音小，对润滑要求不高，传递转矩大，而且使用可靠，因此获得广泛的应用。
Stewart类六自由度并联机构的研制的开题报告
Stewart类六自由度并联机构的研制的开题报告一、研究背景自由度并联机构是一类高精度、高速度和高稳定性的机构，适用于机械加工、测量与仪器等领域。
在现代工业生产中，自由度并联机构的研究与应用已经成为热点话题。
Stewart类六自由度并联机构是其中应用最广泛的一种，并且在航天、汽车及医疗行业等领域得到广泛运用。
近年来，受到对高精度、高速度机器人的需求的驱动，Stewart类六自由度并联机构的研究已经成为热门的研究领域。
二、研究意义Stewart类六自由度并联机构具有高精度、高速度、高灵活性等优点，是一种有广泛应用前景和研究价值的机构。
其中，其具有高精度的运动控制特性，可以保证机构在工作过程中的精度和稳定性，使得机器人可以在复杂的环境下完成各种任务。
三、研究内容本课题将研制一种Stewart类六自由度并联机构，该机构主要由固定底座、工作台、六条连杆和六个立式球铰组成。
其中，六个立式球铰连接底座和连杆，六个立式球铰连接工作台和连杆。
在机构控制系统方面，将采用PID控制算法，通过实时监测机构的运动状态，实现对机构动作的高精度控制。
四、研究方法(1)机构建模：采用Matlab/Simulink等数学仿真工具，对机构运动学模型和动力学模型进行建模，分析机构的运动特性和工作特性。
(2)机构设计：依据机构的运动学和动力学分析结果，设计机构各部件的结构和参数，通过多种设计方案的对比优化，确定机构的最终结构和参数。
(3)机构控制：采用PID控制算法进行控制器设计，实现对机构的高精度控制。
(4)实验验证：利用实验平台进行仿真实验和实际测试，对机构的性能进行验证。
五、预期成果(1)完成Stewart类六自由度并联机构的研制和系统集成。
(2)实现机构的高精度控制和运动性能的优化。
(3)完成机构的仿真实验和实际测试，并取得一定的成果和效果。
六、研究计划(1)第一阶段（2个月）：进行Stewart类六自由度并联机构的结构设计和建模，确定机构的参数和设计方案。
六自由度运动平台设计方案
六自由度运动平台设计方案1概述YYPT原理样机用原库房留存的345厂的直流电机作为动力源，直流驱动器及工控机作为控制系统元件，采用VB软件进行控制软件的编制，因设计及器件选型的原因，导致YYPT原理样机，在速度、精度、运动规律上等几个技术指标无法满足原规定的指标要求，现在此基础上进行优化方案的设计。
2原理样机技术状态2.1原理样机方案2.1.1组成原理样机采用工控机作为系统的控制单元，工控机内配有研华PCI1716和PCI1723作为A/D和D/A模拟量卡，驱动器采用AMC公司的型号为12A8的伺服驱动器，并配有直流可调电源其输出电流可达到150A，采用KH08XX（3）电动缸作为运动平台的六条支腿，电动缸上安装有电阻尺作为位置反馈器件，上平台与电动缸连接采用球笼联轴器，下平台与电动缸连接采用虎克铰链方式。
具体产品组成表见表2.1。
2.1.2结构方案六自由度运动平台是由六条电动缸通过虎克铰链和球笼万向节联轴器将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条电动缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X，丫，Z，a，B, 丫）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
图1六自由度平台外形图a）球笼联轴器（如图2所示）采用球笼铰链与上平面连接。
球笼铰链结构简单、体积小、运转灵活、易于维护。
初选球笼铰链型号BJB （JB/T6139-1992）,公称转矩Tn=2000N/m，工作角度40度，外径D=68mm,轴孔选用圆柱孔d=24mm,总长度L1=148mm ,转动惯量为0.00008kg.m2，重量5kg。
图2球笼联轴器b）虎克铰链（如图3所示）采用虎克铰链与下平面连接。
万向节铰链传动效率高，允许两轴间的角位移大，适用于有大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可达35o~45o,噪音小，对润滑要求不高，传递转矩大，而且使用可靠，因此获得广泛的应用。
图3虎克铰链F固定板的连接（如图4所示）F 固定板与电动缸用法兰连接初选深沟球轴承型号61808 (GB/T276-1994),额定载荷 Cr=5.1kN ，外径D=52mm ，轴承孔选用 d=40mm ，宽 B=7mm ，重量 0.26kg 。
六自由度平台样本
±1500/s2
最大有效负载 运动平台X轴惯量 运动平台Y轴惯量 运动平台Z轴惯量
800kg 700kg.m2 700kg.m2 700kg.m2
2000kg 3500kg.m2 3500kg.m2 3500kg.m2
3000kg 5500kg.m2 5500kg.m2 5500kg.m2
北京办事处 电话：010-87757858 传真：010-87757857
青岛办事处 电话：15315001565
传真：0532-83728891
天津办事处 电话：022-58265289
传真：022-27252297
南京办事处 电话：025-58304271/2/3 传真：025-86659402
上下平台虎克铰接 高精密加工虎克铰接，保证系统的位置精密度和运动平滑无间隙，有限元分析保证虎克铰接及销轴的安全性，维护成本低
上下工作平台 根据客户订制的特殊上下平台，有限元分析保证足够的强度，上平台可以增加旋转平台，增加到7自由度
合肥办事处 电话：0551-7193652
传真：0551-7193651
运动平台的重心高度 约0.6m 约1m
约1.5m 约1.5m 约1.8m 约1.8m 约1.8m
运动平台的总高度 约2.5m 约3m
约4m
约5m
约7m
约7.5m 约7.5m
电源
220V 50HZ 380V 50HZ 380V 50HZ 380V 50HZ 380V 50HZ 380V 50HZ 380V 50HZ
动感仿真六自由度平台D6B 系列的有效载荷范围为0.5吨-20吨，高逼真仿真动感平台通过与高性能视觉仿真对 接，可以广泛应用在各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽 车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域。
六自由度汽车驾驶运动模拟器设计
摘要汽车驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人—车—环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。
近年来，由于具有安全性高、再现性好、可开发性强、成本低等显著特点，研究开发驾驶模拟器已经成为国内外一个重要发展方向。
本文在查阅国内外大量资料的基础上，结合老师的研究课题主要对六自由度汽车驾驶模拟器液压系统部分进行设计。
六自由度汽车运动模拟器采用液压伺服阀控制液压缸来驱动模拟平台的运动，以实现汽车驾驶模拟器运动姿态模拟。
本文主要进行机械机构的设计、液压伺服系统设计、液压泵站设计和液压缸的设计等。
通过模拟器的机构设计和驱动液压伺服系统设计，结合电气系统能够实现汽车在不同运行状态的模拟，当驾驶员坐在驾驶舱系统的座椅上进行模拟驾驶时，完全能够感受到实际汽车驾驶的各种体感，为实车训练驾驶提供了可替代的模拟平台；本设计也为今后的进一步研究及其在娱乐模拟器、动感电影等产业的实际推广和应用方面奠定了基础。
关键词：汽车驾驶模拟器六自由度运动平台液压伺服系统运动姿态控制AbstractThe Automobile-driving i an important tool which used for the development of auto mobile product and the study of the transportation characteristics of “man-car-environment”or the driver training .In recent years, the study of the automobile-driving simulator used for development has become an important development direction in the world because of the notable characteristics of high safety, well reappearance of scene, easy to develop and low cost.This article is based on searching the large quantity of information about at home and abroad, and combines with the tea cher’s research task which mainly designs the part of 6-dof driving Simulator of hydraulic system .The 6-dof motion simulator adopts valves of hydraulic servo to control actuator to drive the movement of driving simulation platform, and to achieve the movement posture simulation of the automobile driving simulator. This article is mainly about the designing of machine, the system of hydraulic servo, hydraulic pump station, and actuator and so on.According to the designing of agencies of simulator and hydraulic servo system, it can combines the electrical system which can bring out the imitation of cars in different movement conditions, when the driver simulating drive on the seat of cockpit system, you can feel the feeling of driving a true car, and it also offer the simulator platform which can be replaced for true driving training. At the same time, this designing is also establishes for the further researches and the practice extension and use.Keywords:Driving-automobile simulator, 6-dof of motion platform, the system of hydraulic servo, the control of campaign attitude目录1绪论 (1)引言 (1)国内外发展现状 (2)1.2.1国内外研究和发展概述 (2)1.2.2驾驶模拟器的应用和发展 (3)课题任务 (5)论文的主要研究内容 (5)2 运动学及力学分析 (6)六自由度运动模拟器机构位置反解 (6)2.1.1坐标系的建立 (6)2.1.2广义坐标定义 (6)2.1.3坐标变换矩阵 (7)2.1.4液压缸铰支点坐标的确定 (8)2.1.5位置反解 (10)六自由度运动模拟器机构位置正解 (11)静力学分析 (11)3 机械及液压部分设计 (12)运动模拟平台的设计 (12)3.1.1液压缸内壁D活塞杆直径d的计算 (12)3.1.2液压缸壁厚和外径的计算 (14)3.1.3缸盖壁厚的确定 (14)3.1.3液压缸工作行程的确定 (15)3.1.4缸体长度的确定 (15)3.1.5液压系统的计算 (15)液压泵站 (17)铰链的设计 (18)执行机构单元组成 (21)电液伺服控制单元与液压系统 (22)反馈单元 (23)4 电气部分设计 (24)电气原理及接口设计 (24)4.1.1MCS-51系列单片机的引脚及其功能 (24)4.1.2单个电液伺服液压缸位置控制电路设计 (26)4.1.3扩展电路 (26)电气原理图 (27)5 结论 (28)本文结论 (28)本文研究工作的不足 (28)参考文献 (29)致谢 (30)1绪论引言驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人－车－环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。
6自由度水下机器人动力学分析与运动控制
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Ｐｏｌ盯Ｅｎ咖ｅｃｒｉｎｇ’２００３，１３（２）：１２０－１２７．
【４】陈伟．水下无人潜器回收导引和控制技术的研究【Ｄ】． 哈尔滨：哈尔滨工程大学，２００１．
万方数据
机械工程学报
第４３卷第７期
【５】蒋新松，封锡盛，王棣棠．水下机器人【Ｍ】．沈阳：
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
边宇枢， 高志慧， 贠超， BIAN Yushu， GAO Zhihui， YUN Chao 北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100083
机械工程学报 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 2007,43(7) 3次
墨为对角阵，对角阵元素分别为ｌＯ和１００，仿真步 长为０．０１ ｓ。图６～８分别为飘ｙ和ｚ方向的偏差变 化曲线。从图中可以看出，水下机器人的实际轨迹 与理论轨迹在ｘ轴、ｙ轴和ｚ轴三个方向上的偏差 趋近于零，从而验证了水下机器人的动力学模型是 正确的，控制方法是可行的。
７结论
从运动控制的角度出发，综合考虑重力、浮力、 推力和水动力的影响，建立了比较完整的６自由度 水下机器人的动力学模型，在此基础上利用解出加 速度法设计了非线性控制器对水下机器人的路径跟 踪进行控制。从控制的仿真结果可以看出：用文中 方法对水下机器人的运动实施控制，可以使机器人 具有较强的抗干扰能力，准确实现对时变理论轨迹 的跟踪。
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六自由度运动平台PID控制系统仿真研究摘要Stewart 平台的出现始于 1965 年德国学者 Stewart 发明的具有六自由度运动能力的并联机构飞行模拟器。
目前经典的 Stewart 平台机构由上、下两个平台和六个可伸缩的支腿以及它们之间的连接铰链构成，其下平台通常为基台（Base-platform）,上平台通常为负载平台（Payload-platform）（即 Stewart 平台的工作平台）。
Stewart平台通过六个支腿的伸缩运动可以实现负载平台在工作空间范围内的六自由度运动，并具有刚度高、精度高、承载能力强、动态特性好等优点，因此近年来被广泛应用于并联机床、精密定位平台和振动隔离平台等方面。
Stewart 平台在并联机床和精密定位平台方面的应用相对成熟，已有实用化的商品供应市场。
Stewart 平台应用于六自由度振动隔离平台的研究与开发相对发展较晚，不仅开发的系统远未达到实用化水平，其理论领域的研究也多属空白，其根本原因是应用于振动隔离的 Stewart 平台的基台是运动的，随之而带来许多新的问题。
到目前为止，在 Stewart 平台的理论研究方面已取得一些研究成果，比如Mille（r1992）使用 Lagrange 动力学方程建立了 Stewart 平台的动力学模型；Dasgupta和 Mruthyunjaya（1998）使用 Newton-Euler 动力学方程推导出闭合形式的 Stewart平台的动力学模型；Codourey 和 Burdet（1997）、Wang 和 Gosselin（1998）、Tsai（2000）等人分别利用虚功原理建立了 Stewart 平台的逆动力学模型。
但是，上述关于 Stewart 平台的动力学模型都是在假设Stewart 平台的基台固定不动的情况下建立的。
本文的主要研究工作和意义如下：1、基于 Dasgupta 提出的在基台固定情况下的 Stewart 平台的动力学模型，在Matlab/Simulink 环境下建立了 Stewart 平台闭环动力学仿真系统。
其意义在于利用该仿真系统能对一般的基台在固定情况下的Stewart 平台的动力学特性进行仿真分析。
2、分析了利用任务空间运动状态反馈方式求解 Stewart 平台的逆动力学问题，利用驱动空间运动状态反馈方式求解 Stewart 平台的正动力学问题。
其意义在于利用 Stewart 平台的闭环动力学模型实现了 Stewart 平台的正动力学和Stewart 平台的运动学正解的求解，避开了直接建立 Stewart 平台的正动力学模型和直接求解Stewart 平台的运动学正解问题的复杂性。
关键词：Stewart 平台，六自由度，基台运动，动力学模型，Newton-Euler 法ABSTRACTThe Stewart platform, which is a 6-DOF (degrees of freedom) parallel mechanism with two bodies connected together by six extensible legs through the joints, is generalized from the flight simulator proposed by Stewart (1965). The lower platform of a general Stewart platform is referred to as the base-platform and the upper platform is known as the payload-platform, which is always referred to as the work platform. The Stewart platform can not only let its payload-platform move with 6-DOF in the workspace through the extension and contraction of the six legs, but also possesses the high stiffness, high precision, high load, and excellent dynamic characteristics. In this case, the Stewart platform is widely used to realize the mechanical machining, the precision positioning, and the vibration isolation.In the last two decades, the mechanical machining and the precision positioning based on Stewart platform are relatively mature to the vibration isolation based on Stewart platform. Some parallel machines and precision positioning platforms based on Stewart platform have been commercially available. However, the application of Stewart platform for the vibration isolation is developed latterly and the theoretical research in this field is incomplete up to now. The essential reason is the base-platform of Stewart platform for the application of vibration isolation is kinetic. Nowadays, some dynamic formulations of Stewart platform have been established. Miller (1992) built a dynamic formulation of Stewart platform through Lagrange approach; Dasgupta and Mruthyunjaya (1998) deduced a closed-form dynamic formulation of the Stewart platform successfully through Newton-Euler approach; Codourey and Burdet (1997), Wang and Gosselin (1998), and Tsai (2000) solved the inverse dynamics for the Stewart platform through the principle of virtual work principle.KEYWORDS: Stewart platform, Six DOF, Base-platform Motion, Dynamic modeling,Newton-Euler approach, Vibration isolation, Precision positioning1目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1绪论................................................1.1问题的提出...........................................1.2 国内外发展的现状....................................1.2.1 研究的方法................................................1.2.2 研究成果的常用方法........................................2 Stewart 平台的运动学理论 ............................2.1引言.................................................2.2 Stewart 平台的机构模型..............................2.3 Stewart 平台的姿态描述..............................2.4 Stewart 平台的运动学反解............................2.5 Stewart 平台的运动学正解............................2.6 Stewart 平台的运动学仿真模型........................2.7 Stewart 平台的运动学仿真结果及其分析...................3 Stewart 平台的动力学理论.............................3.1 引言................................................3.2 Newton-Euler 动力学方程.............................3.3 Stewart 平台的 Newton-Euler 动力学模型..............3.4 反馈控制算法........................................3.5 Stewart 平台动力学的仿真模型........................3.6 Stewart 平台动力学仿真结果及其分析 ................4全文总结和展望.....................................5英文文献及翻译...................................... 6参考文献.............................................附1 编程程序.................................................2 Stewart 平台机构参数和PID仿真参数1 绪论1.1 问题的提出1965 年德国学者 Stewart提出了一种具有六自由度运动能力的并联机构飞行模拟器，它由上、下两个平台和六个可伸缩的支腿通过运动副连接而成。