Платформа Стюарта - Stewart platform

Пример платформы Стюарта
В AMiBA радиотелескоп, а космический микроволновый фон эксперимент, установлен на 6 м углеродное волокно гексапода.

А Платформа Стюарта это тип параллельный манипулятор это шесть призматические приводы, обычно гидравлические домкраты или электрический линейные приводы, Прикрепленный в парах трех положений на опорной плите платформы, пересекая три точек крепления на верхнюю пластине. Все 12 подключений выполнены через универсальные шарниры. Устройства, размещенные на верхней пластине, можно перемещать в шесть степеней свободы в котором свободно подвешенное тело может двигаться: три линейных движения x, y, z (поперечное, продольное и вертикальное) и три вращения (тангаж, крен и рыскание).

Платформы Стюарта известны под разными именами. Во многих приложениях, в том числе в авиасимуляторах, его обычно называют база движения.[1] Иногда его называют шестиосная платформа или Платформа с 6 степенями свободы из-за его возможных движений и поскольку движения производятся комбинацией движений нескольких исполнительных механизмов, его можно назвать платформа синергетического движения, благодаря синергии (взаимному взаимодействию) между способами программирования исполнительных механизмов. Поскольку устройство имеет шесть исполнительных механизмов, его часто называют гексапод (шесть ног) в обычном употреблении, имя, которое изначально товарный знак от Геодезические технологии[2] для платформ Стюарта, используемых в Станки.[3]

История

Два позиционера шестигранника

Эта специализированная схема с шестью гнездами впервые была использована V E (Эрик) Гоф из Великобритания и действовала в 1954 г.,[4] дизайн позже был опубликован в 1965 году в статье Д. Стюарта в Великобритании. Институт инженеров-механиков.[5] В 1962 году, до публикации статьи Стюарта, американский инженер Клаус Каппель независимо разработал такой же гексапод. Клаус запатентовал свой дизайн и передал лицензию первым компаниям-производителям авиационных тренажеров, а также построил первые коммерческие имитаторы движения с восьмигранным гексаподом.[6]

Хотя название Платформа Стюарта широко используется, некоторые утверждают, что Платформа Гофа – Стюарта это более подходящее название, потому что исходная платформа Стюарта имела немного другой дизайн,[7] в то время как другие утверждают, что следует признать вклад всех трех инженеров.[6]

Срабатывание

Линейное срабатывание

В промышленных приложениях обычно используются линейные гидравлические приводы из-за их простых и уникальных свойств. обратная кинематика решения закрытой формы и их хорошая прочность и ускорение.

Поворотный привод

Для прототипов и малобюджетных приложений обычно используются вращающиеся серводвигатели. Уникальное решение закрытой формы для обратная кинематика поворотных приводов также существует, как показано Робертом Эйзеле [8]

Приложения

Платформы Стюарта находят применение в авиасимуляторах, станкостроении, аниматроники, крановая техника, подводные исследования, моделирование землетрясений, спасательные операции воздух-море, механические быки, позиционирование спутниковой антенны, Гексапод-телескоп, робототехника и ортопедическая хирургия.

Моделирование полета

Платформа Стюарта, используемая Lufthansa

Конструкция платформы Стюарта широко используется в авиасимуляторы, особенно в полный авиасимулятор что требует всех 6 степеней свободы. Это приложение было разработано Редифон, чьи симуляторы с его изображением стали доступны для Boeing 707, Douglas DC-8, Sud Aviation Caravelle, Canadair CL-44, Боинг 727, Комета, Виккерс Виконт, Vickers Vanguard, Convair CV 990, Локхид C-130 Геркулес, Vickers VC10, и Фоккер F-27 к 1962 г.[9]

В этой роли полезная нагрузка представляет собой копию кабины экипажа и систему визуального отображения, обычно состоящую из нескольких каналов, для демонстрации визуальной сцены внешнего мира обучаемому экипажу самолета. Вес полезной нагрузки в случае полного пилотажного тренажера для большого транспортного самолета может достигать примерно 15 000 кг.

Подобные платформы используются в симуляторы вождения, обычно устанавливаются на большие X-Y столы для моделирования кратковременного ускорения. Долгосрочное ускорение можно смоделировать, наклоняя платформу, и активная область исследований заключается в том, как их совместить.

Робокрейн

Джеймс С. Альбус из Национальный институт стандартов и технологий (NIST) разработал Робокрейн, где платформа висит на шести тросах, а не на шести домкратах.

Машина для испытания шин Эрика Гофа, представляющая собой платформу Стюарта с большими домкратами.

Крышки

В Система стыковки с низким уровнем воздействия Разработанная НАСА, использует платформу Стюарта для управления космическими аппаратами во время стыковки.

CAREN

Среда компьютерной реабилитации, разработанная Motek Medical, использует платформу Стюарта в сочетании с виртуальной реальностью для проведения передовых биомеханических и клинических исследований.[10]

Пространственная рамка Тейлора

Доктор Дж. Чарльз Тейлор использовал платформу Стюарта для разработки Пространственная рамка Тейлора,[11] ан внешний фиксатор используется в ортопедическая хирургия для коррекции деформаций костей и лечения сложных переломов.

Механические испытания

  • Первое заявление: Эрик Гоф был автомобильным инженером и работал в Форт Данлоп, то Шины Dunlop завод в Бирмингем, Англия.[12] Он разработал свою «Универсальную машину для испытания шин» (также называемую «Универсальная установка») в 1950-х годах, и его платформа была введена в эксплуатацию к 1954 году.[4] Стенд смог 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 буровая установка была спасена и перевезена на Музей науки, Лондон хранилище в Рутоне около Суиндона.
  • Недавние применения: возрождение интереса к механической испытательной машине на платформе Gough-Stewart произошло в середине 90-х.[13] Часто это биомедицинские приложения (например, исследование позвоночника[14]) из-за сложности и большой амплитуды движений, необходимых для воспроизведения поведения человека или животного. Такие требования также встречаются в области гражданского строительства для моделирования сейсморазведки. Управляемые алгоритмом кинематических измерений полного поля, такие машины также могут использоваться для изучения сложных явлений на жестких образцах (например, криволинейное распространение трещины через бетонный блок[15]), требующие высокой грузоподъемности и точности перемещения.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Бесерра-Варгас, Маурисио; Моргадо Белу, Эдуардо. «Применение теории H∞ к базе движения симулятора полета с 6 степенями свободы». Научная электронная библиотека онлайн. Журнал Бразильского общества механических наук и инженерии. Получено 24 января 2020.
  2. ^ Параллельные роботы - второе издание, Дж. П. Мерле (стр. 48)
  3. ^ Исследования Фраунгофера: робот Hexapod для хирургии позвоночника
  4. ^ а б Гоф В. Э. (1956–1957). «Вклад в обсуждение статей по исследованиям в области устойчивости автомобилей, контроля и характеристик шин». Proc. Auto Div. Inst. Мех. Англ.: 392–394.
  5. ^ 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.
  6. ^ а б Бонев, Илиан. «Истинное происхождение параллельных роботов». Получено 24 января 2020.
  7. ^ Lazard, D .; Мерле, Ж. -П. (1994). «(Настоящая) платформа Стюарта имеет 12 конфигураций». Материалы Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации 1994 г.. п. 2160. Дои:10.1109 / ROBOT.1994.350969. ISBN  978-0-8186-5330-8.
  8. ^ Роберт Эйзеле. «Обратная кинематика платформы Стюарта». Получено 2019-04-15.
  9. ^ "1962 | 1616 | Летный архив".
  10. ^ Среда компьютерной реабилитации (CAREN)
  11. ^ "Дж. Чарльз Тейлор, доктор медицины"
  12. ^ Томпкинс, Эрик (1981). История пневматических шин. Данлоп. стр.86, 91. ISBN  978-0-903214-14-8.
  13. ^ Michopoulos, John G .; Hermanson, John C .; 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.
  14. ^ Стоукс, Ян А .; Гарднер-Морс, Мак; Черчилль, Дэвид; Laible, Джеффри П. (2002). «Измерение матрицы жесткости позвоночно-двигательного сегмента». Журнал биомеханики. 35 (4): 517–521. CiteSeerX  10.1.1.492.7636. Дои:10.1016 / с0021-9290 (01) 00221-4. PMID  11934421.
  15. ^ Жайлин, Клеман; Карпюк, Андрея; Казымыренко, Кирилл; Понселе, Мартин; Леклерк, Хьюго; Хильд, Франсуа; Ру, Стефан (2017). «Виртуальный гибридный тест-контроль извилистой трещины» (PDF). Журнал механики и физики твердого тела. 102: 239–256. Дои:10.1016 / j.jmps.2017.03.001.

дальнейшее чтение

внешние ссылки