如何利用六自由度平台搭建模拟器

1:模拟器系统组成
模拟器由Stewart机构的多自由度运动平台、计算机控制系统、驱动系统等组成。下平台安装在地面,用于固定基座,上平台为支撑平台。

计算机控制系统通过协调控制电动缸的行程和速度,实现运动平台的多个自由度的运动,即笛卡尔坐标系内的三个平移运动和绕三个坐标轴的转动。

 

各主要组成部分简述如下:
1)运动平台
上平台:连接需要被模拟动作的机构,例如驾驶舱,座椅等。
上、下铰接:此处安装配件采用转角较大的万向节,上铰接链接用于连接上平台与电动缸的活塞杆,下铰接用于连接固定基座与电动缸的筒体。电动缸的行程,速度,以及整个平台的负载可以根据客户的需求而定制。
下平台:安装固定基座。

2)计算机控制系统硬件
平台运动控制单元:采用含驱动器的伺服控制单元以及动作信号接收器,从而实现平台系统启动/停止。接收上位机发来的控制信息、对电动缸进行运动控制、监控伺服电机驱动器的工作状态、监控系统的运动状态、完成故障处理以及安全保护工作。
信号处理单元:完成与平台系统运动状态相关的各种传感器信号、测试信号和数字I/O信号的处理,以及伺服驱动器的驱动等。

此处采用的一整套控制系统单元,我们一并提供。
3)系统控制软件
运动控制计算机的软件包括运动控制软件和逻辑控制软件,可以通过简单的与电脑相连从而进行控制。

对于搭建娱乐所用的多自由度平台,可以通过购买游戏(游戏软件)的方式,捕捉游戏体验者的动作,从而把动作信号发送到与电缸相连的控制器里,控制器通过控制驱动器,从而驱动电缸的伸缩,从而达到一个模拟的效果。

模拟器用精密电动缸

模拟器可以采取单轴,双轴,三轴,四轴和六自由度方案,分别应用如下:

方案安装运行方式应用案例示意图片
单轴方案由单个电动缸完成动作主要应用到极速光轮,电动单车模拟器等
双轴方案由双电动缸协同完成,一般用于电缸加旋转,720度旋转等双轴游乐设备360°变形金刚
三轴方案由三台电动缸协同完成,一般其中一台电缸在前,另外两台电缸并排在后可应用于VR摩托车,9DVR单人,双人蛋椅
四轴方案由4台电动缸协同完成,四台电动缸分别作用于平台的四个脚,一般用于单人赛车驾驶模拟器4DOF高精度电动缸
六自由度运动平台由六支电动缸,上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成,下平台固定在基础上,借助电动缸的伸缩运动,完成上平台在空间六个自由度(X,Y,Z,α,β,γ)的运动,从而可以模拟出各种空间运动姿态,各种赛车模拟器,驾驶训练器等6DO0F伺服电动缸

动感平台将视、听、力、触觉等感觉进行自然交互,带给人们惊险的刺激与逼真的体验,六自由度运动平台是有着极为广阔的应用前景。可广泛应用到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,甚至可用到空间宇宙飞船的对接,空中加油机的加油对接中。

再通过加工也可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。轴数越多,模拟动感的效果越好

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