Платформа Стюарта
Платформа Стюарта — это тип параллельного манипулятора , который имеет шесть призматических приводов , обычно гидравлических домкратов или электрических линейных приводов , прикрепленных попарно к трем позициям на опорной плите платформы, переходя к трем точкам крепления на верхней плите. Все 12 соединений выполняются через универсальные шарниры . Устройства, размещенные на верхней пластине, могут перемещаться по шести степеням свободы , при которых может перемещаться свободно подвешенное тело: три линейных движения x, y, z (боковые, продольные и вертикальные) и три вращения. (тангаж, крен и рыскание).
Платформы Стюарта известны под разными названиями. Во многих приложениях, в том числе в авиасимуляторах, его обычно называют подвижной базой . [1] Ее иногда называют шестиосной платформой или платформой с 6 степенями свободы из-за ее возможных движений, а поскольку движения производятся комбинацией движений нескольких приводов, ее можно назвать платформой синергетического движения из-за синергии. (взаимное взаимодействие) между способом программирования исполнительных механизмов. Поскольку устройство имеет шесть приводов, его часто называют гексаподом в обиходе торговая марка (шесть ног), это название изначально было зарегистрировано как Geodetic Technology. [2] для платформ Стюарта, используемых в станках . [3]
История
[ редактировать ]
Эта специализированная схема с шестью разъемами была впервые использована В.Е. (Эриком) Гофом из Великобритании и введена в эксплуатацию в 1954 году. [4] Позднее этот дизайн был опубликован в статье Д. Стюарта, опубликованной в 1965 году в Институте инженеров-механиков Великобритании . [5] В 1962 году, еще до публикации статьи Стюарта, американский инженер Клаус Каппел независимо разработал такой же гексапод. Клаус запатентовал свою конструкцию и передал лицензию на нее первым компаниям, занимающимся авиасимуляторами, а также построил первые коммерческие имитаторы движения восьмигранных шестигранников. [6]
Хотя название «Платформа Стюарта» широко используется, некоторые полагают, что платформа Гофа – Стюарта является более подходящим названием, поскольку исходная платформа Стюарта имела несколько иной дизайн. [7] в то время как другие утверждают, что вклад всех трех инженеров должен быть признан. [6]
Активация
[ редактировать ]Линейное срабатывание
[ редактировать ]В промышленных применениях линейные приводы (гидравлические или электрические) обычно используются из-за их простого и уникального решения закрытой формы с обратной кинематикой , а также их хорошей прочности и ускорения.
Поворотный привод
[ редактировать ]Для прототипирования и малобюджетных приложений обычно используются роторные серводвигатели. Также существует уникальное решение замкнутой формы для инверсной кинематики поворотных приводов, как показал Роберт Эйзель. [8]
Приложения
[ редактировать ]Платформы Стюарта находят применение в авиасимуляторах, станкостроении, аниматронике , крановой технике, подводных исследованиях, моделировании землетрясений, спасении в воздухе-море, механических быках , позиционировании спутниковых тарелок, гексаподном телескопе , робототехнике и ортопедической хирургии.
Моделирование полета
[ редактировать ]
Конструкция платформы Стюарта широко используется в авиасимуляторах , особенно в полнопилотажных симуляторах , для которых требуются все 6 степеней свободы. Это приложение было разработано компанией Redifon , чьи симуляторы с его использованием стали доступны для самолетов Boeing 707, Douglas DC-8, Sud Aviation Caravelle , Canadair CL-44 , Boeing 727 , Comet, Vickers Viscount , Vickers Vanguard , Convair CV 990 , Lockheed C- 130 Hercules , Vickers VC10 и Fokker F-27 к 1962 году. [9]
В этой роли полезная нагрузка представляет собой копию кабины и систему визуального отображения, обычно состоящую из нескольких каналов, для демонстрации визуальной сцены внешнего мира экипажу самолета, который проходит обучение.
Подобные платформы используются в симуляторах вождения , обычно устанавливаемых на больших столах XY для имитации кратковременного ускорения. Долгосрочное ускорение можно смоделировать, наклоняя платформу, и активная область исследований — как совместить эти два подхода.
Робокраны
[ редактировать ]Джеймс С. Альбус из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработал Робокран , в котором платформа подвешивается на шести тросах вместо шести домкратов.
КРЫШКИ
[ редактировать ]Система стыковки с низким уровнем воздействия, разработанная НАСА, использует платформу Стюарта для управления космическими аппаратами во время процесса стыковки.
КАРЕН
[ редактировать ]Компьютерная реабилитационная среда, разработанная Motek Medical, использует платформу Стюарта в сочетании с виртуальной реальностью для проведения передовых биомеханических и клинических исследований. [10]
Пространственная структура Тейлора
[ редактировать ]Доктор Дж. Чарльз Тейлор использовал платформу Стюарта для разработки пространственной структуры Тейлора . [11] Аппарат внешней фиксации, используемый в ортопедической хирургии для коррекции деформаций костей и лечения сложных переломов.
Механические испытания
[ редактировать ]- Первое применение: Эрик Гоф был инженером-автомобилестроителем и работал на в Форт-Данлоп заводе Dunlop Tyres в Бирмингеме , Англия. [12] Он разработал свою «универсальную машину для испытания шин» (также называемую «универсальным стендом») в 1950-х годах, а его платформа была введена в эксплуатацию к 1954 году. [4] Стенд позволил провести механические испытания шин при комбинированных нагрузках. Доктор Гоф умер в 1972 году, но его испытательный стенд продолжал использоваться до конца 1980-х годов, когда завод был закрыт, а затем снесен. Его установка была сохранена и перевезена в в Лондоне в Роутоне недалеко от Суиндона. Музей науки на складе
- Недавние применения: возрождение интереса к машинам для механических испытаний на базе платформы Гофа-Стюарта произошло в середине 90-х годов. [13] Часто это биомедицинские приложения (например, исследование позвоночника). [14] ) из-за сложности и большой амплитуды движений, необходимых для воспроизведения поведения человека или животного. Подобные требования также встречаются в гражданском строительстве при моделировании сейсмичности. Такие машины, управляемые полнополевым алгоритмом кинематических измерений, также можно использовать для изучения сложных явлений на жестких образцах (например, криволинейное распространение трещины через бетонный блок). [15] ), требующие высокой грузоподъемности и точности перемещения.
Компенсация движения
[ редактировать ]Система Ampelmann представляет собой трап с компенсацией движения, использующий платформу Стюарта. Это обеспечивает доступ с движущегося судна снабжения платформы к морским сооружениям даже в условиях высоких волн.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бесерра-Варгас, Маурисио; Моргадо Бело, Эдуардо (2012). «Применение теории H∞ к базе движения авиасимулятора с 6 степенями свободы» . Журнал Бразильского общества механических наук и инженерии . 34 (2): 193–204. дои : 10.1590/S1678-58782012000200011 .
- ^ Параллельные роботы - второе издание Дж. П. Мерле (стр. 48)
- ^ Исследование Фраунгофера: Шестиногий робот для хирургии позвоночника
- ^ Перейти обратно: а б Гоф, В.Е. (1956–1957). «Вклад в обсуждение статей по исследованиям в области устойчивости, контроля и характеристик автомобильных шин». Учеб. Авто Див. Инст. Мех. англ. : 392–394.
- ^ Стюарт, Д. (1965–1966). «Платформа с шестью степенями свободы». Труды Института инженеров-механиков . 180 (1, № 15): 371–386. дои : 10.1243/pime_proc_1965_180_029_02 .
- ^ Перейти обратно: а б Бонев, Илиан. «Истинное происхождение параллельных роботов» . Проверено 24 января 2020 г.
- ^ Лазард, Д.; Мерле, Ж.-П. (1994). «(Настоящая) платформа Стюарта имеет 12 конфигураций». Материалы Международной конференции IEEE 1994 года по робототехнике и автоматизации . п. 2160. дои : 10.1109/РОБОТ.1994.350969 . ISBN 978-0-8186-5330-8 . S2CID 6856967 .
- ^ Роберт Эйзель (24 февраля 2019 г.). «Обратная кинематика платформы Стюарта» . Проверено 25 октября 2023 г.
- ^ «1962 | 1616 | Архив полётов» . Архивировано из оригинала 6 марта 2016 г.
- ^ Среда компьютерной реабилитации (CAREN)
- ^ «Дж. Чарльз Тейлор, доктор медицины»
- ^ Томпкинс, Эрик (1981). История пневматических шин . Данлоп. стр. 86, 91 . ISBN 978-0-903214-14-8 .
- ^ Мичопулос, Джон Г.; Хермансон, Джон К.; Фурукава, Томонари (2008). «На пути к роботизированной характеристике конститутивного отклика композитных материалов». Композитные конструкции . 86 (1–3): 154–164. дои : 10.1016/j.compstruct.2008.03.009 .
- ^ Стоукс, Ян А.; Гарднер-Морс, Мак; Черчилль, Дэвид; Лайбле, Джеффри П. (2002). «Измерение матрицы жесткости позвоночно-двигательного сегмента». Журнал биомеханики . 35 (4): 517–521. CiteSeerX 10.1.1.492.7636 . дои : 10.1016/s0021-9290(01)00221-4 . ПМИД 11934421 .
- ^ Жайлен, Клеман; Карпюк, Андреа; Казимиренко Кирилл; Понселе, Мартин; Леклерк, Хьюго; Хильд, Франсуа; Ру, Стефан (2017). «Виртуальный гибридный испытательный контроль извилистой трещины» (PDF) . Журнал механики и физики твердого тела . 102 : 239–256. Бибкод : 2017JMPSo.102..239J . дои : 10.1016/j.jmps.2017.03.001 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бонев И.А., « Истинное происхождение параллельных роботов », онлайн-обзор ParalleMIC
Внешние ссылки
[ редактировать ]