六自由度平台实验报告

实验一：6SPT-1六自由度液压伺服平台综合实验、实验目的：1、掌握电液位置伺服控制系统的基本原理；2、掌握六自由度平台的结构解算的概念及其软件实现；3、掌握VB6.0软件与下位机PAC通过以太网通信的方法；4、掌握6SPT-1六自由度液压伺服平台复现指令信号的实施方法。

、预备知识：1、熟练掌握PLC的梯形图语言（LD）编程和结构化文本语言（ST）编程；2、熟练掌握VB6.0编程，能使用VB6.0实现以太网通信；3、有一定的矩阵计算能力。

二、试验原理：1、电液位置伺服控制系统的基本原理电液位置伺服控制系统以液体作为动力传输和控制介质，利用电信号进行控制输入和反馈。

只要输入某一规律的输入信号，执行元件就能启动、快速并准确地复现输入量的变化规律。

控制系统结构图如图3.1所示:图3.1电液位置伺服控制系统结构图2、六自由度平台逆解算法图3.2 空间机构位置关系示意图六自由度平台又称为Stewart平台，其结构如图3.2所示，Stewart平台由上、下两个平台、六个驱动关节和连接球铰组成，上平台为运动平台，下平台为基座，上、下平台的六个铰点分别组成一个六边形，连接6个液压缸作为驱动关节，每个液压缸两端各连接一个球铰。

六个驱动关节的伸缩运动是独立的由液压比例压力阀控制各液压缸作伸缩运动，从而改变各个驱动缸的长度，使动平台在空间的位置和姿态发生变化。

因此该平台是通过六个驱动杆的协调动作来实现三个线性移动及三个转动共六个自由度的运动。

S tewart平台机构的空间位置关系是指运动平台的六个自由度与六个驱动杆长度的关系，是研究该并联机构最基本的任务，也是机构速度、加速度、误差分析、工作空间分析、动力分析等的基础。

对于6-SPS平台机构，其特点是动静平台铰点共面，考虑到工作空间的对称性要求，将平台的6个铰点分成3组，三组铰点沿圆周120。

均布，动、静平台的相邻两边到中心的夹角分别为30。

和90° o为求解六自由度平台的空间位置关系，首先在静、动平台上分别建立静、动坐标系。

六自由度运动平台动力学仿真研究陈勇军（华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室，武汉430223）摘要：针对六自由度运动平台设计过程中遇到的问题，文中运用ADAMS软件对六自由度运动平台运动过程进行仿真研究，并进行可平台的逆运动学和正运动学仿真。

仿真结果表明：通过仿真可以检测该机构运动过程中的干涉情况，也可直观再现平台的运动过程。

还可求出平台的位置反解和位置正解，大大减少了工作量，缩短了产品的研制周期。

关键字：六自由度运动平台；动力学分析；仿真；正解；反解Research on Simulation of Dynamic Analysis on Six-DOFMotion PlatformCHEN Yongjun（Huazhong Institute of Electro-optics—Wuhan National Laboratory for Optoelectronics，Wuhan430223，China）Abstract:Due toKeywords: Six-DOF motion platform ; dynamic analysis ; simulation; positive solutions; anti-positive solutions1 引言六自由度运动平台通过模拟物体在三个方向的平动和转动，即前后平移、左右平移、上下垂直运动、俯仰、滚转和偏航及复合运动，进而可模拟出各种空间运动姿态。

六自由度平台作为一种重要的仿真实验设备，已广泛应用于导弹、飞机、舰船和车辆等领域的模拟训练，还可用来模拟地震的情景，在动感电影、娱乐设备等领域也有应用。

六自由度运动平台主要由上下两个平台和六个并联的、可独立自由伸缩的缸组成，其中伸缩缸与平台通过球铰联接，通过改变伸缩缸的长度就可实现上平台的各种空间运动[1]。

要准确的控制上平台的运动姿态就需要精确的控制六个缸的运动，这样就要求我们了解六自由平台的位置反解和位置正解的算法。

【关键字】实验六轴工业机器人模块实验报告姓名：张兆伟班级：13 班学号：30日期：2016年8月25日六轴工业机器人模块实验报告一、实验背景六自由度工业机器人具有高度的灵活性和通用性，用途十分广泛。

本实验是在开放的六自由度机器人系统上，采用嵌入式多轴运动控制器作为控制系统平台，实现机器人的运动控制。

通过示教程序完成机器人的系统标定。

学习采用C++编程设计语言编写机器人的基本控制程序，学习实现六自由度机器人的运动控制的基本方法。

了解六自由度机器人在机械制造自动化系统中的应用。

在当今高度竞争的全球市场，工业实体必须快速增长才能满足其市场需求。

这意味着，制造企业所承受的压力日益增大，既要应付低成本国家的对手，还要面临发达国家的劲敌，二后者为增强竞争力，往往不惜重金改良制造技术，扩大生产能力。

机器人是开源节流的得利助手，能有效降低单位制造成本。

只要给定输入成值，机器人就可确保生产工艺和产品质量的恒定一致，显著提高产量。

自动化将人类从枯燥繁重的重复性劳动中解放出来，让人类的聪明才智和应变能力得以释放，从而生产更大的经济回报。

二、实验过程1、程序点0——开始位置把机器人移动到完全离开周边物体的位置，输入程序点0。

按下手持操作示教器上的【命令一览】键，这时在右侧弹出指令列表菜单如图：按手持操作示教器【下移】键，使{移动1}变蓝后，按【右移】键，打开{移动1}子列表，MOVJ 变蓝后，按下【选择】键，指令出现在命令编辑区。

修改指令参数为需要的参数，设置速度，使用默认位置点ID 为1。

（P1 必须提前示教好）。

按下手持操作示教器上的【拔出】键，这时拔出绿色灯亮起。

然后再按下【确认】键，指令拔出程序文件记录列表中。

此时列表内容显示为：MOVJ P=1 V=25 BL=0 （工作原点）2、程序点1——抓取位置附近（抓取前）位置点1必须选取机器人接近工件时不与工件发生干涉的方向、位置。

（通常在抓取位置的正上方）按下手持操作示教器上的【命令一览】键按手持操作示教器【下移】键，使{移动1}变蓝后，按【右移】键，打开{移动1}子列表，MOVJ 变蓝后，按下【选择】键，指令出现在命令编辑区。

六自由度机械手实验报告学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机自114学号：********学生姓名：郭2014年12月30日六自由度机械手实验报告一、机械手介绍六自由度机器手是由六个关节组成，每个关节上安装一个电动机，通过控制每个电动机旋转，就可以实现机械手臂的空间运动。

本实验做的六自由度的机械手臂是能实现物品的抓取和移位的机械自动控制机构。

该六自由度机械手臂的底座能进行大角度转动，实现机械抓取物体的移位；关节的俯仰和摆动能实现机械手臂不同位置的抓取物体；手部关节部分关节的变换，手腕的末端安装一机械手，机械手具有开闭能力，能实现物体的抓取和放下。

每个关节自由度都是用电动机转动来实现机械手臂的转动、俯仰和摆动等运动。

六自由度机械手臂每个关节处都有一个小型电机控制，分别能实现个关节的转动、俯仰等动作。

各个电机用采用AT89S52单片机片控制，通过单片机输出程能实现六个电机按照规定角度运动，从而带动关节的运动。

二、机械手的结构1、机械部分本实验中六自由度机械手的机械系统包括机身、臂部、手腕、手部。

图1机械手臂的实物图图2机械手臂的结构简图系统共有6个自由度，分别是a.基座的回转、b.连杆一转动、c.连杆二转动、d..手腕转动、e.手腕旋转、f..手部开合。

前面三个关节确定手部的空间位置，后面三个关节确定手部的姿态。

图3 自由度2、控制部分1、人机通信模块控制系统是机器人的大脑，它的性能优劣直接影响到机器人的先进程度和功能强弱。

机械人控制涉及自动控制，计算机，传感器、人工智能、电子技术和机械等多学科的内容，是一项跨多个学科的综合性技术。

本实验机器人控制系统的硬件由单片机AT89S52、运动控制模块、驱动模块和通讯模块组成。

其单片机AT89S52模块如下图3.1所示，该模块由一块AT89S52单片机、串行口通信接口、转串口下载线连接接头、电源接口、开关、信号输出口Q等组成。

图4 单片机AT89S52模块图2、舵机驱动模块该舵机驱动模块采用的是parallax公司生产的16路舵机控制模块，其包括16路舵机控制线接口、单片机通信接口、舵机驱动电源接口、开关、复位键、控制芯片等部分组成。

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。

飞机六自由度飞行动力学仿真实验一．实验目的1．本实验将理论力学课程教学内容与航空航天工程应用相结合，分析、研究飞机受力与六自由度运动特性，培养学生分析问题和解决问题的能力，展现理论力学知识在航空航天工程中的应用。

2．通过本实验，使学生更好地学习和理解理论力学的有关内容，如飞机的受力分析、空间力系的简化与合成、刚体的平面运动与一般运动、刚体微分方程的建立与求解等，激发学生对理论力学的学习兴趣，开阔视野，增强工程概念。

二．实验仪器与设备实验在PC 个人计算机、WINDOWS 98以上操作系统环境中进行。

三．实验原理飞机在空中的运动，在一定的假设条件下，可以视为理想刚体的运动，遵循刚体的运动规律，理论力学中介绍的刚体平动和转动基本定律都适用于飞行器的运动分析。

飞机在空中的运动为刚体的一般运动，具有六个自由度。

通常建立的机体坐标系如下图所示。

飞机的一般运动可以分解为随质心的平动和绕质心的转动，随质心的平动的速度可表示为 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=W V U V G ，绕质心的转动角速度可表示为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=R Q P ωG 。

飞机受到的气动力、发动机推力、重力是一个空间任意力系，向质心简化的主矢和主矩分别为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=Fz Fy Fx F G 和⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=Mz My Mx M G 。

根据质心运动定理（牛顿方程）和相对于质心的动量矩定理可得飞机的动力学微分方程，一般说来，该方程没有解析解，只能通过数值积分得到数值解。

系统分为“概念演示”与“f16实时仿真”两大模块。

在“概念演示”模块中着重介绍了飞机运动的自由度、单自由度下的操纵与响应特性。

在“f16实时仿真”模块中介绍了飞机定直平飞、盘旋、拉起、起飞、着陆、失速尾旋等的飞行过程及受力情况，学生也可以亲自驾驶这架F16进行实时仿真飞行。

四．实验步骤1．概念演示六自由度演示：点击菜单“概念演示->六自由度演示”，进入六自由度演示状态，如下图所示。

六⾃由度平台实验报告六⾃由度平台实验报告机械电⼦⼯程系张梦辉21525074⼀、实验简介实验对象为⼀个六⾃由度平台，每个⾃由度的运动均由⼀个永磁式直流电机驱动，实验要求对其中⼀个电动缸进⾏位置控制，位置由⼀个滑变电阻式的位移传感器反馈回的电压信号确定，驱动则是通过研华的PCI1716L的数字输出实现，控制软件采⽤Labview8.6。

⼆、实验装置PC机⼀台研华PCI1716L多功能板卡⼀个PCI总线⼀根固态继电器板⼀块220V AC—24VDC变压器三个直流电动机六个三、实验台介绍六⾃由度运动平台是由六⽀电动缸，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，借助六只电动缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个⾃由度（α，β，γ，X，Y，Z）的运动，从⽽可以模拟出各种空间运动姿态。

六⾃由度运动平台涉及到机械、液压、电⽓、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理等⼀系列⾼科技领域，因此六⾃由度运动平台是机电控制领域⽔平的标志性象征。

主要包括平台的空间运动机构、空间运动模型、机电控制系统。

本实验台，PC机作为板卡和⼈的接⼝，通过在PC机上编程来控制板卡发送数字信号和采集位置信号。

将PCI多功能卡设置为设备0，选择PCI板卡的模拟信号输⼊⼝AI4⼝来采集2号缸的位置信号，通过PORT1号⼝来控制2号缸对应直流电机的正转、反转和停⽌。

通过数字信号输出⼝发送开关量来控制固态继电器的开和闭，固态继电器导通的话，则接通直流电动机，直流电动机开始运⾏，这时候，电动缸就会朝着指定⽅向运⾏，并且到达指定的位置。

实验中⽤到的接⼝的说明：AI0-AI5 模拟信号输⼊⼝，⽤来采集六个缸的位置信号；AIGND 模拟信号公共地DO0-DO11 数字信号输出⼝，⽤来控制六个缸的运动（其中DO11-DO10 分别控制1号缸的正反转DO09-DO08 分别控制2号缸的正反转DO07-DO06 分别控制3号缸的正反转DO05-DO04 分别控制4号缸的正反转DO03-DO02 分别控制5号缸的正反转DO01-DO00 分别控制6号缸的正反转DGND 数字输出信号公共地PCI1716L板卡端⼝四、实验过程Labview实验程序：1、数字信号输出程序段通过调⽤PCI板卡的例⼦程序：DioWritePortWord.vi程序来发送数字信号，当控制⼦为1时，通过板卡数字信号输出⼝DO8⼝发送1，这样2号缸的电机发转，电动缸退回；当控制字为2时，通过数字信号输出⼝DO9发送1，这样2号缸的电机正转，电动缸前进。

六自由度自动驾驶仿真测试平台搭建及其应用研究目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的与意义 (4)1.3 国内外研究现状综述 (5)1.4 论文结构安排 (6)二、六自由度自动驾驶仿真测试平台需求分析 (7)2.1 自动驾驶系统组成与功能需求 (9)2.2 仿真测试平台性能需求 (10)2.3 仿真测试平台硬件需求 (12)2.4 仿真测试平台软件需求 (13)三、六自由度自动驾驶仿真测试平台搭建 (14)3.1 平台总体架构设计 (16)3.2 传感器仿真模块设计与实现 (17)3.3 控制系统仿真模块设计与实现 (18)3.4 通信系统仿真模块设计与实现 (20)3.5 路径规划与决策系统仿真模块设计与实现 (21)3.6 数据处理与存储系统设计与实现 (22)四、六自由度自动驾驶仿真测试平台应用研究 (23)4.1 仿真测试流程设计 (24)4.2 仿真测试方法研究 (26)4.3 仿真测试结果分析 (27)4.4 仿真测试优化建议 (28)五、结论与展望 (29)5.1 研究成果总结 (30)5.2 存在问题与不足 (32)5.3 未来研究方向展望 (33)一、内容描述本文档主要围绕“六自由度自动驾驶仿真测试平台搭建及其应用研究”展开详细的内容描述。

接下来是关于搭建六自由度自动驾驶仿真测试平台的具体内容。

需要确定仿真测试平台的核心硬件和软件组件，包括高性能计算机、图形处理器、仿真软件、自动驾驶算法等。

需要考虑如何搭建这些组件，包括硬件设备的选型与配置、软件的安装与调试等。

环境的构建也是关键的一环，需要模拟各种真实的驾驶场景，包括城市道路、高速公路、山区道路等，以及各种复杂的交通环境，如雨天、雾天、夜间等。

关于应用研究部分，重点将探讨六自由度自动驾驶仿真测试平台在自动驾驶系统研发中的应用。

如何利用该平台对自动驾驶系统进行算法验证和性能评估将是重要内容。

如何通过该平台改进和优化自动驾驶系统也是一个重要的研究方向。