Stewartova platforma - Stewart platform

Příklad platformy Stewart
The AMiBA radioteleskop, a kosmické mikrovlnné pozadí experiment, je namontován na 6 m uhlíkové vlákno hexapod.

A Stewartova platforma je typ paralelní manipulátor to má šest prizmatické aktuátory, běžně hydraulické zvedáky nebo elektrické lineární aktuátory, připevněný ve dvojicích ke třem pozicím na základové desce plošiny, přejezdem ke třem upevňovacím bodům na horní desce. Všech 12 připojení je provedeno prostřednictvím univerzální klouby. Zařízení umístěná na horní desce lze pohybovat v šest stupňů volnosti ve kterém je možné pohybovat se volně zavěšeným tělem: tři lineární pohyby x, y, z (boční, podélné a svislé) a tři otáčky (stoupání, kývání a vybočení).

Stewartovy platformy jsou známé pod různými jinými jmény. V mnoha aplikacích, včetně leteckých simulátorů, se běžně označuje jako a pohybová základna.[1] Někdy se tomu říká a šestiosá platforma nebo Platforma 6-DoF kvůli jeho možným pohybům a protože pohyby jsou vytvářeny kombinací pohybů více akčních členů, může být označován jako synergická pohybová platforma, kvůli synergii (vzájemné interakci) mezi způsobem programování akčních členů. Protože zařízení má šest akčních členů, často se mu říká a hexapod (šest nohou) v běžném zvyku, jméno, které bylo původně ochranná známka podle Geodetická technologie[2] pro platformy Stewart používané v strojové nástroje.[3]

Dějiny

Dva polohovadla hexapod

Toto specializované rozložení šesti jacků bylo poprvé použito V E (Eric) Gough z Spojené království a byla v provozu v roce 1954,[4] design byl později zveřejněn v dokumentu z roku 1965 D Stewartem ve Velké Británii Institution of Mechanical Engineers.[5] V roce 1962, před vydáním Stewartovy práce, americký inženýr Klaus Cappel nezávisle vyvinul stejný hexapod. Klaus si svůj design patentoval a licencoval pro první společnosti letových simulátorů a postavil první komerční oktaedrické hexapodové pohybové simulátory.[6]

Ačkoli název Stewartova platforma se běžně používá, někteří to předpokládají Gough – Stewartova platforma je vhodnější název, protože původní platforma Stewart měla mírně odlišný design,[7] zatímco jiní tvrdí, že by měly být uznány příspěvky všech tří inženýrů.[6]

Ovládání

Lineární ovládání

V průmyslových aplikacích se lineární hydraulické pohony obvykle používají pro svou jednoduchost a jedinečnost inverzní kinematika řešení v uzavřené formě a jejich dobrá síla a zrychlení.

Rotační ovládání

Pro prototypování a nízkorozpočtové aplikace se obvykle používají rotační servomotory. Unikátní uzavřené řešení pro inverzní kinematika existuje také rotační akční člen, jak ukazuje Robert Eisele [8]

Aplikace

Stewartovy platformy mají aplikace v letových simulátorech, technologii obráběcích strojů, animatronika jeřábová technologie, podvodní výzkum, simulace zemětřesení, záchrana vzduch-moře, mechanické býky, polohování satelitní antény, Hexapod-Telescope, robotika a ortopedická chirurgie.

Simulace letu

Platforma Stewart používaná společností Lufthansa

Design platformy Stewart je široce používán v letové simulátory, zejména v plný letový simulátor což vyžaduje všech 6 stupňů volnosti. Tuto aplikaci vyvinul Redifon, jehož simulátory, které ho obsahují, byly k dispozici pro Boeing 707, Douglas DC-8, Sud Aviation Caravelle, Canadair CL-44, Boeing 727 Kometa, Vickers Viscount, Vickers Vanguard, Convair CV 990, Lockheed C-130 Hercules, Vickers VC10, a Fokker F-27 do roku 1962.[9]

V této roli je užitečným nákladem replika kokpitu a systém vizuálního zobrazení, obvykle několika kanálů, pro zobrazování vizuální scény z vnějšího světa posádce letadla, která je trénována. Váhy užitečného zatížení v případě úplného letového simulátoru pro velké dopravní letadlo mohou být až přibližně 15 000 kilogramů.

Podobné platformy se používají v jízdní simulátory, obvykle namontován na velké XY stoly simulovat krátkodobé zrychlení. Dlouhodobé zrychlení lze simulovat nakloněním platformy a aktivní výzkumnou oblastí je způsob, jak tyto dvě možnosti kombinovat.

Robocrane

James S. Albus z Národní institut pro standardy a technologie (NIST) vyvinula Robocrane, kde platforma visí ze šesti kabelů, místo aby byla podporována šesti konektory.

Eric Gough's Tire Testing Machine, což je platforma Stewart s velkými zvedáky

VÍKA

The Dokovací systém s nízkým nárazem vyvinutý NASA používá platformu Stewart k manipulaci s vesmírnými vozidly během dokovacího procesu.

CAREN

Počítačem podporované rehabilitační prostředí vyvinuté společností Motek Medical využívá k pokročilému biomechanickému a klinickému výzkumu platformu Stewart spojenou s virtuální realitou.[10]

Taylor prostorový rám

Dr. J. Charles Taylor využil platformu Stewart k vývoji Taylor prostorový rám,[11] an externí fixátor použito v ortopedická operace pro korekci kostních deformit a léčbu složitých zlomenin.

Mechanické zkoušky

  • První aplikace: Eric Gough byl automobilový inženýr a pracoval ve společnosti Fort Dunlop, Pneumatiky Dunlop továrna v Birmingham, Anglie.[12] V 50. letech vyvinul svůj „Universal Tire-Testing Machine“ (také nazývaný „Universal Rig“) a jeho platforma byla v provozu do roku 1954.[4] Souprava dokázala mechanicky testovat pneumatiky při kombinovaném zatížení. Dr. Gough zemřel v roce 1972, ale jeho zkušební zařízení bylo nadále používáno až do konce 80. let, kdy byla továrna zavřena a poté zbořena. Jeho souprava byla uložena a transportována do Muzeum vědy v Londýně sklad ve Wroughtonu poblíž Swindonu.
  • Poslední aplikace: znovuzrození zájmu o mechanický testovací stroj založený na platformě Gough-Stewart nastal v polovině 90. let.[13] Často se jedná o biomedicínské aplikace (například studie páteře[14]) kvůli složitosti a velké amplitudě pohybů potřebných k reprodukci chování lidí nebo zvířat. S takovými požadavky se setkáváme také v oblasti stavebnictví pro simulaci seismů. Řízené algoritmem kinematického měření s plným polem lze tyto stroje také použít ke studiu složitých jevů na tuhých vzorcích (například zakřivené šíření trhliny betonovým blokem)[15]), které vyžadují vysokou nosnost a přesnost posunutí.

Viz také

Reference

  1. ^ Becerra-Vargas, Mauricio; Morgado Belo, Eduardo. "Aplikace teorie H∞ na pohybovou základnu letového simulátoru 6 DOF". Vědecká elektronická knihovna online. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. Citováno 24. ledna 2020.
  2. ^ Parallel Robots - Second Edition od J.P.Merleta (str.48)
  3. ^ Fraunhofer Research: Hexapod Robot pro operaci páteře
  4. ^ A b Gough, V. E. (1956–1957). „Příspěvek k diskusi o příspěvcích k výzkumu v oblasti automobilové stability, kontroly a výkonu pneumatik“. Proc. Auto Div. Inst. Mech. Eng.: 392–394.
  5. ^ Stewart, D. (1965–1966). „Platforma se šesti stupni svobody“. Sborník institucí strojních inženýrů. 180 (1, č. 15): 371–386. doi:10.1243 / pime_proc_1965_180_029_02.
  6. ^ A b Bonev, Ilian. „Skutečný počátek paralelních robotů“. Citováno 24. ledna 2020.
  7. ^ Lazard, D .; Merlet, J. -P. (1994). "Platforma (true) Stewart má 12 konfigurací". Sborník mezinárodní konference IEEE z roku 1994 o robotice a automatizaci. str. 2160. doi:10.1109 / ROBOT.1994,350969. ISBN  978-0-8186-5330-8.
  8. ^ Robert Eisele. „Inverzní kinematika Stewartovy platformy“. Citováno 2019-04-15.
  9. ^ "1962 | 1616 | Letový archiv".
  10. ^ Prostředí rehabilitace asistované počítačem (CAREN)
  11. ^ „J. Charles Taylor, M.D.“
  12. ^ Tompkins, Eric (1981). Historie pneumatiky. Dunlop. str.86, 91. ISBN  978-0-903214-14-8.
  13. ^ Michopoulos, John G .; Hermanson, John C .; Furukawa, Tomonari (2008). "Směrem k robotické charakterizaci konstitutivní odezvy kompozitních materiálů". Kompozitní struktury. 86 (1–3): 154–164. doi:10.1016 / j.compstruct.2008.03.009.
  14. ^ Stokes, Ian A .; Gardner-Morse, Mack; Churchill, David; Laible, Jeffrey P. (2002). Msgstr "Měření matice tuhosti segmentu pohybu páteře". Journal of Biomechanics. 35 (4): 517–521. CiteSeerX  10.1.1.492.7636. doi:10.1016 / s0021-9290 (01) 00221-4. PMID  11934421.
  15. ^ Jailin, Clément; Carpiuc, Andreea; Kazymyrenko, Kyrylo; Poncelet, Martin; Leclerc, Hugo; Hild, François; Roux, Stéphane (2017). „Virtuální hybridní testovací kontrola klikaté praskliny“ (PDF). Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 102: 239–256. doi:10.1016 / j.jmps.2017.03.001.

Další čtení

externí odkazy