一种用于固定空间内的六自由度平台限位系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及一种用于固定空间内的六自由度平台限位系统及方法，属于六自由度运动平台模拟仿真技术领域。


背景技术：

[0002]
六自由度运动平台是由6个伺服电机带动带动电动缸做伸缩变化运动，6个电动缸并联设置共同驱动运动平台。运动平台的每个电动缸都能够实现空间中单独的伸缩运动，因此控制系统通过对6个电动缸的伸缩量的控制，可以驱动完成空间中的六自由度运动，从而实现上平台位姿的改变。随着技术日益发展，目前对六自由度运动平台的控制精度、定位精度及动态响应性能的要求越来越高，考虑到六自由度运动平台对各个电动缸运动的准确和快速等要求，需要对电动缸的速度和位移进行控制。
[0003]
六自由度运动平台进行模拟仿真运动时，平台的运行的环境和空间千差万别，试验需求也各不相同，为了保证六自由度运动平台能够适应不同的空间环境，平台的控制系统就需要能够控制平台的运动范围，并在紧急状态下保证平台的运行安全。
[0004]
目前市场上的六自由度运动平台大多用于训练和游戏体验，6个电动缸的伸缩距离设计较短，平台的运动幅度有限；用于研究的大型六自由度平台，一般油缸伸缩范围大，但都会放置在较开放的环境空间内，不会出现在固定空间内进行六自由度平台试验的情况，因此暂未发现与本申请类似的技术方案。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出一种用于固定空间内的六自由度平台限位系统及方法，解决如下技术问题：(1)解决在固定空间内六自由度平台的运动控制问题；(2)解决在固定空间内六自由度平台单自由度运动范围在空间范围内，耦合旋转运动范围超过了固定空间大小，而由于特殊原因固定空间无法加大的问题；(3)解决六自由度平台在固定空间运动时发生紧急状况的问题。
[0006]
本发明具体采用如下技术方案：一种用于固定空间内的六自由度平台限位系统，包括服务器、上位机、下位机、驱动器、六自由度运动平台、光电开关，所述服务器的输出端与所述上位机的输入端通讯连接，所述上位机的输出端与所述上位机的输入端通讯连接，所述下位机的输出端与所述驱动器的输入端通讯连接，所述驱动器的输出端与所述六自由度运动平台的输入端通讯连接，所述光电开关的输出端分别连接所述六自由度运动平台的输入端、所述上位机的输入端通讯连接，所述上位机与所述下位机构成六自由度运动平台控制系统。
[0007]
作为一种较佳的实施例，所述服务器用于执行：为六自由度运动平台的运动提供输入数据，根据仿真场景将需要仿真的运动加速度和角度输入给所述上位机。
[0008]
作为一种较佳的实施例，所述上位机用于执行：根据服务器提供的输入数据，通过洗出滤波算法计算得出六自由度运动平台的位姿，通过位姿进行坐标变换求得六自由度运
动平台最外沿的四个顶点位置，判断六自由度平台的最大运动范围是否与固定空间的墙壁发生干涉或者碰撞；若判定干涉或碰撞则发送急停指令给下位机，若不接触直接将六自由度运动平台的位姿发送给所述下位机。
[0009]
作为一种较佳的实施例，所述下位机用于执行：直接控制六自由度运动平台而获取平台状况的计算机，根据上位机提供的位置姿态，通过运动学反解计算出每个电动缸的伸缩距离，输出给驱动器；获取上位机的急停指令，输出给驱动器。
[0010]
作为一种较佳的实施例，所述驱动器用于执行：将电动缸伸缩距离输出给六自由度运动平台的伺服电机，控制六自由度运动平台的运动，或根据急停指令通知伺服电机锁死电动缸。
[0011]
作为一种较佳的实施例，所述六自由度运动平台包括下平台、上平台、六个电动缸、六个伺服电机，所述下平台、所述上平台、所述六个电动缸与所述六个伺服电机通过虎克铰连接装配而成所述六自由度运动平台。
[0012]
作为一种较佳的实施例，所述上平台用于安装产品的驾驶系统，提供乘坐的驾驶员真实的体感仿真；所述下平台用于将六自由度运动平台固定在地面上。
[0013]
作为一种较佳的实施例，所述光电开关布置在六自由度运动平台的顶点位置；所述光电开关通过射出的光信号检测是否碰到障碍物，如果检测到将碰到障碍物，则发出信号切断六自由度运动平台的控制电源。
[0014]
作为一种较佳的实施例，所述六自由度运动平台为方形，所述光电开关布置在所述六自由度运动平台的4个顶点，每个顶点均匀布置3个光电开关。
[0015]
本发明还提出一种用于固定空间内的六自由度平台限位方法，所述限位方法具体包括：六自由度运动平台运行时，驾驶员坐在六自由度运动平台的上平台的座椅上，操作驾驶系统，控制六自由度运动平台进行模拟仿真，六自由度运动平台的上平台在模拟驾驶状态时，在极限状态下，六自由度运动平台运动到固定空间边界处，并发生绕竖直方向轴向旋转的动作，造成上平台顶点有触碰到固定空间边界的危险，六自由度运动平台控制系统的上位机首先发出急停命令，如未能成功，光电开关会触发，切断六自由度运动平台控制系统的电源，保证六自由度运动平台运行安全。
[0016]
本发明所达到的有益效果：第一，本发明提出一种用于固定空间内的六自由度平台限位系统，可实现在极限状态下保证六自由度平台的运行安全；六自由度运动平台控制系统对平台运动范围和姿态进行检测，对平台运动情况进行主动控制；同时通过光电开关在主动控制失效的情况下对平台进行紧急制动，保障平台的运行安全。第二，本发明解决了六自由度平台在固定空间内运行，电动缸单自由度的运动范围在空间范围内，但在极限状态下上平台耦合旋转运动范围，主要为上平台四个顶点发生绕竖直轴线旋转时运动范围超过了固定空间大小，而由于特殊原因固定空间无法加大，而限定电动缸伸缩行程就会降低仿真效果的问题。第三，本发明通过六自由度运动平台控制系统进行主动控制，并通过光电接近开关在发生紧急情况时被动切断电源，形成平台运行时的双保险。第四，本发明的限位系统通过主动控制和被动制动形成双保险保证六自由度运动平台在固定空间内的运行安全。六自由度运动平台控制系统对平台运动范围和姿态进行检测，对平台运动情况进行主动控制；同时通过光电开关在主动控制失效的情况下对平台进行紧急制动，保障平台的运行安全。
附图说明
[0017]
图1是本发明的一种用于固定空间内的六自由度平台限位系统的原理拓扑图；
[0018]
图2是本发明的一种用于固定空间内的六自由度平台限位系统的主视图；
[0019]
图3是图2的a向视图；
[0020]
图中标记的含义：1-下平台；2-上平台；3-伺服电机；4-电动缸；5-光电开关；6-固定空间。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0022]
实施例1：如图1所示，本发明提出一种用于固定空间内的六自由度平台限位系统，包括服务器、上位机、下位机、驱动器、六自由度运动平台、光电开关，所述服务器的输出端与所述上位机的输入端通讯连接，所述上位机的输出端与所述上位机的输入端通讯连接，所述下位机的输出端与所述驱动器的输入端通讯连接，所述驱动器的输出端与所述六自由度运动平台的输入端通讯连接，所述光电开关的输出端分别连接所述六自由度运动平台的输入端、所述上位机的输入端通讯连接，所述上位机与所述下位机构成六自由度运动平台控制系统。
[0023]
可选的，所述服务器用于执行：为六自由度运动平台的运动提供输入数据，根据仿真场景将需要仿真的运动加速度和角度输入给所述上位机。
[0024]
可选的，所述上位机用于执行：根据服务器提供的输入数据，通过洗出滤波算法计算得出六自由度运动平台的位姿，通过位姿进行坐标变换求得六自由度运动平台最外沿的四个顶点位置，判断六自由度平台的最大运动范围是否与固定空间的墙壁发生干涉或者碰撞；若判定干涉或碰撞则发送急停指令给下位机，若不接触直接将六自由度运动平台的位姿发送给所述下位机。
[0025]
可选的，所述下位机用于执行：直接控制六自由度运动平台而获取平台状况的计算机，根据上位机提供的位置姿态，通过运动学反解计算出每个电动缸的伸缩距离，输出给驱动器；获取上位机的急停指令，输出给驱动器。
[0026]
可选的，所述驱动器用于执行：将电动缸伸缩距离输出给六自由度运动平台的伺服电机，控制六自由度运动平台的运动，或根据急停指令通知伺服电机锁死电动缸。
[0027]
可选的，如图2和图3所示，六自由度运动平台包括下平台1、上平台2、六个电动缸4、六个伺服电机3，所述下平台1、所述上平台2、所述六个电动缸4与所述六个伺服电机3通过虎克铰连接装配而成所述六自由度运动平台。
[0028]
可选的，所述上平台2用于安装产品的驾驶系统，提供乘坐的驾驶员真实的体感仿真；所述下平台1用于将六自由度运动平台固定在地面上。
[0029]
可选的，光电开关5布置在六自由度运动平台的顶点位置；所述光电开关5通过射出的光信号检测是否碰到障碍物，如果检测到将碰到障碍物，则发出信号切断六自由度运动平台的控制电源。
[0030]
可选的，所述六自由度运动平台为方形，所述光电开关5布置在所述六自由度运动平台的4个顶点，每个顶点均匀布置3个光电开关5；保证顶点不同角度触碰空间边界，都可
以触发光电开关5。
[0031]
实施例2：本发明还提出一种用于固定空间内的六自由度平台限位方法，所述限位方法具体包括：六自由度运动平台运行时，驾驶员坐在六自由度运动平台的上平台的座椅上，操作驾驶系统，控制六自由度运动平台进行模拟仿真，六自由度运动平台的上平台在模拟驾驶状态时，在极限状态下，六自由度运动平台运动到固定空间边界处，并发生绕竖直方向轴向旋转的动作，造成上平台顶点有触碰到固定空间6边界的危险，六自由度运动平台控制系统的上位机首先发出急停命令，如未能成功，光电开关会触发，切断六自由度运动平台控制系统的电源，保证六自由度运动平台运行安全。
[0032]
需要说明的是，本发明中的固定空间适用于不同种类物体形成的空间，该空间界线不能触碰；本发明中的固定空间为方形柱状空间，也同样适用于其他形状的固定空间；本发明中采用接近开关为光电开关，也可以采用其他类型的接近开关。
[0033]
本发明的限位系统通过主动控制和被动制动形成双保险保证六自由度运动平台在固定空间内的运行安全。六自由度运动平台控制系统对平台运动范围和姿态进行检测，对平台运动情况进行主动控制；同时通过光电开关在主动控制失效的情况下对平台进行紧急制动，保障平台的运行安全。
[0034]
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0035]
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0036]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。