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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。 一多自由度并联平台 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) 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 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 ~) 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。 上下平台的转换公式如下: 其中[T]是旋转矩阵,首先:绕轴旋转y,平移关系如下: 用矩阵书写的格式如下: 同样,如果旋转8、A得到矩阵[b]、[/b][A],则旋转矩阵[T]=[C][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。 三六自由度伺服液压系统平台在科普展品中的应用 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。 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。 四三自由度伺服电动气缸平台在展品中的应用 “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。 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。 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。 5结论 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。[url=https://www.szcxwdz.com]创芯为电子[/url]为不同规模的企业提供[url=https://www.szcxwdz.com]电子元器件[/url]采购的平台。主要产品包括电源管理芯片、处理器及微控制器、接口芯片、放大器、存储器 、逻辑器件、数据转换芯片、电容、二极管、三极管 、电阻、电感、[url=https://www.szcxwdz.com]晶振[/url]等,并提供相关的技术咨询。在售商品超60万种,原?或代理货源直供,绝对保证原装正品,并满?客??站式采购要求,当天订单,当天发货,还可免费供样![b][b][/b][/b]
为了解决日益突显的能源、环保问题,新能源行业越来越受到世界各国的关注。锂电池行业作为国家重点扶持新能源项目发展较为迅速。近两年,中央和地方各项扶持政策协同效果逐渐显现,我国的新能源汽车市场出现了超预期发展和增长,并带动了产业链上下游企业的高速增长尤其是锂电池行业, 随着新能源汽车销量的进一步提高,业内预计,2018年锂电池或将进入供应紧张的阶段,强烈的需求对锂电池的产品技术、工艺、性能提出了更高的要求,更进一步凸显了产能的不足。目前国际上大多采用先进的激光焊接技术对锂电池的电池芯及保护板进行焊接。随着制造业的不断发展,大力发展高端制造技术,如何提高激光技术在锂电池制造领域的技术水平、如何升级优化激光焊接设备的整体性能,成为目前各个厂家研究的重点。在运动平台部分,直线电机相较于滚珠丝杆有更优的动态性能,更精密的定位精度及重复定位精度,更高的稳定性,更低的维护成本。用直线电机传动平台替换滚珠丝杆运动平台已成为必然趋势。激光焊接技术特点及难点: 激光焊接是一个将正负极材料、隔膜和电解液等原材料化零为整的融合制造过程,是整个锂电池生产流程中的关键工艺。激光焊接是利用激光束优良的方向性和高功率密度等特点来进行工作的。激光焊接有以下特点:激光功率密度高,可以对高熔点、难熔金属或两种材料进行焊接 聚焦光斑小,加热速度快,作用时间短,热影响区域小,热变形可忽略;激光焊接属于非金属焊接,无机械应力和机械变形;激光焊接装置易于计算机联机,能精确定位,实现自动焊接。锂电池模组通过高效精密的激光焊接可以大大降低接触电阻,降低能耗,提高电池的安全性、可靠性和使用寿命。但激光焊接要求焊件装配精度高,且要求激光束在工件上的位置不能有显著偏移。若焊件装配精度以及激光束定位精度达不到要求,很容易造成焊接缺憾,影响焊接质量。激光焊接技术的特点以及锂电池的结构性能对激光焊接设备的运动平台提出了更高更精密的要求。双轴联动直线电机平台技术特点及难点: 直线电机的本质是把旋转电机平放展开并直接连接到驱动负载上。它能替代例如滚珠丝杠、齿条与齿轮、皮带与皮带轮和减速箱的所有机械传动部分,从而消除了齿隙以及与机械传动相关的问题。具有结构简单、调速范围宽、动态性能优良、定位精度高、安全可靠、运行噪声低、无磨损、免维护以及无限行程等优点。灵猴双轴联动直线电机平台加速度可达5g、重复定位精度可达1μm并且在深度优化结构设计的基础上采用独特自主编写控制算法,跟踪检测速度波动,并作出后续补偿,使双轴直线电机在高速度走曲线小圆弧运动条件下,速度波动在3%以下,轨迹偏差更是在微米级别。完全满足锂电池激光焊接对平台精度、加速度、速度等性能的要求。日前有某激光焊接设备厂商客户的设备运动平台采用的是丝杆模组,但在其加速度为1g、速度提到100mm/s时其设备的焊接质量将无法保证,现需求双轴联动直线电机平台以替代丝杆平台模组并明确要求提供包括圆弧转角在内的跟随误差测试报告,但该客户对直线电机运动平台并不了解,故向我公司寻求解决方案。经过与客户的数次技术交流,在完全理解掌握客户设备的特性信息后设计了初版双轴联动直线电机运动平台模组,但是其要求的运动平台的运动轨迹的圆弧转角要求较小,且其速度及精度要求较高,经过我司对双轴联动直线电机平台的结构优化,定制化编写算法控制上下两轴的耦合,经过详细的系统测试,最终满足客户的需求,升级优化了客户的激光焊接设备,使其设备的焊接速度、精度以及稳定性在同行业处于领先地位。客户要求如下:[b]直线电机需求表 [/b]客户名称:[u] 某激光焊接设备集成 [/u]运用行业:[u] 锂电池激光焊接 [/u]联系人电话:[u] [/u]电子邮箱:[u] [/u]运动轴运动方式 :□水平 √ □垂直速度规划曲线:□1/3-1/3-1/3梯形波 √ □1/2-1/2三角形波总的运动行程:[u] 上轴270mm、下轴300mm [/u]mm总的运行时间:[u] 1.8s [/u]s最大运行速度:[u] 0.5 [/u]m/s最大运行加速度:[u] 3g [/u]m/s2负载重量:[u] 30 [/u]kg精度定位精度:[u] ±5 [/u]μm重复定位精度:[u] ±1 [/u]μm分辨率:[u] 0.1 [/u]μm放大器和电源最大电流:[u] 6.3 [/u]A电压:[u] 220 [/u]VAC □50 Hz √ □60Hz使用环境环境温度:[u] 室温 [/u]℃最大允许温升:[u] 130 [/u]℃是否在无尘环境中: □是 √ □否是否允许水冷或空气冷却:□是 □否 √是否是真空环境: □是 √ □否硬件总体设计及验证系统配置: 双轴联动直线电机运动平台主要由:直线电机、检测反馈、驱动控制,防护装置四部分组成。该运动平台选用无铁芯直线电机,运动平滑无齿槽力;检测反馈由光栅或磁栅、霍尔、温控组成;此平台模组选用的是高创驱动器,防护装置由风琴防护罩、高性能拖链、光电传感器、优力胶硬限位组成,充分保护运动平台的安全可靠性。模型效果如图2所示: [img=十字滑台,554,415]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708311009_01_3294819_3.jpg[/img][align=center]图1:双轴联动模组模型[/align]双轴联动直线电机主要性能参数如图3所示: [img=,327,290]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708311010_01_3294819_3.jpg[/img][align=center]图2:双轴联动模组性能参数[/align]验证测试根据客户设备的运动特点及轨迹,为保证客户设备在运行过程中的稳定性及可靠性,我们多次做了过需求验证并出具了相关的验证报告,运动平台的各项参数均符合客户需求,并做了相当于设备连续运行1.5年的耐疲劳测试,各项参数均无异常。经过多次技术交流、结构优化、测试验证,灵猴双轴联动直线电机运动平台仅在两周的时间就达到了客户的要求,满足了交付条件并实时在客户现场调试安装,直到客户设备完全出货,我们还积极跟踪我司产品在客户设备终端的运行状况以及各项数据,实时为客户设备提供可靠性报告。该客户“非标私人订制”的双轴联动直线电机运动平台模组上下两轴均采用自主研发的BUM系列无铁芯直线电机,该系列直线电机具有高推力、低运动质量、无齿槽效应、无磁吸力等特点,特别是在走曲线圆弧轨迹时,可实现高速度小圆弧转角下的低速度波动。在使用了双轴联动直线电机运动平台后,使其焊接速度提高50%,提高了其圆弧转角处的焊接质量,升级优化了客户整体设备的性能,提高客户设备销量的同时也增加了直线电机模组的销量,真正实现了双赢价值。直线电机平台模组除上述应用外,还有在医疗行业应用的超薄十字蛇形运动平台模组,其整体尺寸大小仅有圆珠笔大小;在3C行业中的视觉检测以及点胶平台上的快速移动的四轴联动直线电机模组;在机床以及快速搬运行业的LPS系列单轴平台模组;可以完全直接替换丝杆的SP标准系列单轴平台模组等等。随着制造行业越来越苛刻的要求,现代先进制造装备向着高速度、高精度、快响应、大行程的趋势发展。这必然要求一个反应灵敏、高速、轻便的驱动系统,由于传统的进给方式—“旋转电机+ 滚珠丝杠”需要联轴器、丝杠等中间传递环节,造成整体系统刚性不够、弹性变形严重,又因为该“间接传动”中丝杠精度很难提高、存在反向间隙等缺点,使得传统的进给系统无法达到上述要求。相对而言,直线电机具有结构简单、安装方便、无接触、无磨损等优点,并在精度、重复定位精度、刚度、工作寿命等其他性能指标上都优于旋转电机。其主要推广与高速、高精等旋转电机无法满足要求的场合。现代直线电机技术日益成熟,其势必取代传统的“旋转电机+ 丝杠”的传动模式。
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