多自由度并联平台在科普展项中的应用

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  科普展品是展示科学、普及科学知识的产品，大型交互式模拟展览可以使用多自由度并行平台作为载体，达到最佳的展示效果。本文将结合笔者在科技馆工作的实际经验，讨论多自由度并行平台在科普战项目中的应用。
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( P; y. S- E# S" H  一多自由度并联平台
3 k, f9 h+ E" z( f. h) ]
  多自由度并联平台由多个伸缩杆和两个平台组成，下部平台必须固定，伸缩杆壳体套必须固定在下部平台上，上部使用万向比较链连接到上部平台嵌入式-PLD（可编程逻辑器件）


  多自由度并联平台没有明确的命名规范，通常根据自由度数执行器的类型命名。例如，如果图1平台有6个自由度，执行器是伺服传动缸，则命名为“6个自由度伺服传动缸平台”。嵌入式-FPGA（现场可编程门阵列）
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; Q6 a5 e: X5 o0 I. [$ Y
  2六自由度并联平台位置姿态及求解


  六自由度并联平台的六个伸缩杆可以在控制下自由伸缩，因此必须调整六个伸缩杆，使六自由度平台能够根据需要移动。射频
3 r: J) F" x/ C6 A7 \, {
& Q* S  `! f3 \. o, m* }
  z# ^( Z, I& g, I6 E( Q  六自由度并联平台的平台位置姿态与各伸缩杆的伸缩量呈非线性关系，正解计算过程复杂，但六自由度并联平台位置反转相对简单。一般提供平台的6个空间姿态参数（、Y、Z、A、8、Y），通过计算得出6个伸缩杆长度（L1 ~）
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" R' X8 W2 j  Q. H5 P, f6 s  如图2所示，将A1~A6设置为上部平台和伸缩杆的比较触点，将B1~B6设置为下部平台和伸缩杆的比较触点。
0 H/ N& [' I, r/ a$ p2 \0 j& s8 ~2 p
4 I0 C: c* R' o' j- N! h, R
  上下平台的转换公式如下：
" h) s$ x5 m. _8 ~

6 V, o0 Y: v; k5 i# M; D  其中[T]是旋转矩阵，首先：绕轴旋转y，平移关系如下：

$ R4 {  }# x+ A
  用矩阵书写的格式如下：
  _5 L" T. Q) P: ?+ d7 h0 t& g3 B2 Q
* ]% S6 f( f$ E$ a- y* z
: I- U* ?; V0 ~( k2 @' G  同样，如果旋转8、A得到矩阵[B]、[A]，则旋转矩阵[T]=[C][B][A]。如果用转换公式替换生成的矩阵[T]，则可以获得伸缩条的长度，表示如下：


  根据上述计算，利用计算机实时获取L10L6伸缩条的长度，并可向伸缩条控制器提供计算机输出信号，以准确控制六自由度并联平台的姿态。
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  三六自由度伺服液压系统平台在科普展品中的应用
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4 h0 n! p1 A5 L3 y2 ?" d  如图~所示，宁夏科技馆的全景飞行模拟器展品利用六自由度伺服液压平台，根据观众的工作情况实时模拟飞机的姿态（左右倾斜、上下旋转等），模拟实际飞行环境。将投影仪内投影与多种声光电技术相结合，从视觉和位置感上给予参与者强大的冲击，创造出几个杂乱的模拟环境。

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  六自由度伺服液压平台正常运行已超过11年，仅发生液压油微泄漏、密封垫损坏等小故障。液压驱动产生的噪音一般在75dB以上，宁夏科技馆利用设备在距离飞机3米左右的单独设备之间放置液压缸和油泵等，以阻断液压泵工作时的噪音。

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  四三自由度伺服电动气缸平台在展品中的应用
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  “血管漫游”展览从2017年开始启动，通过三自由度电动平台和VR设备实时模拟虚拟场景的变化，给人一种在血液中游泳的感觉。


0 b3 ?0 G/ ?6 J5 Q! D( @  展览由VR设备、控制主机、三自由度伺服电动缸平台座椅、耳机、一体头盔、游戏体验馆建设机构、液晶电视等7部分组成。
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9 R# C$ ]4 Z; C  图4中的座位上挂着黑线，VR眼镜数据线长度有限。要求电脑主机要放在尽可能近的地方。选择三自由度伺服电动缸作为运动平台，其结构相对简单，因此有足够的空间部署计算机主机。同时，该展品是模拟血管内漫游的展品，有三个自由度，可以满足运动需求。
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( _8 I1 Y, E  ^- ]* l; D0 g  5结论

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% v5 Q' h+ t9 o; ?2 n2 ?  多自由度并行平台的应用可以很好地实现设计师的意图。特别是在模拟模拟展品中，能给观众带来良好的互动体验，这种展品在保证对游客持续吸引力的同时，便捷的可维护性、优秀的技术性能，在大型模拟科普展览项目中，多自由度平台的应用越来越广泛。
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