六自由度平台应用行业介绍（答群友问）

 近期，由于各种原因，我已经有一段时间没有更新我的文章发表了。在这段时间，咨询六自由度平台相关问题比较多，关于六自由度平台的介绍以及控制原理方面，大家可以关注之前在剑指工控发表的文章（剑指工控公众号搜索：运控那些事）。今天主要和大家聊一聊六自由度平台目前主要应用行业。

近几年，随着科技的发展，六自由度平台已经越来越普及，并且已成为众多领域中不可或缺的重要设备。其广泛应用于动感娱乐设施、各种训练模拟器、精密定位设备等领域。

目前应用比较广泛的主要有以下几类行业。

1 娱乐设备(动感座椅、体感游戏)  

近年来，六自由度平台在动感娱乐设施中的应用日益广泛，也是目前行业中应用最多，相对而言对六自由度平台要求也不高。通过控制六自由度平台的运动，可以为用户带来更加真实、刺激的体验，增加娱乐设备的趣味性和吸引力。如过山车游戏、赛车游戏、动感影院等，都采用了六自由度平台。这种平台能够为观众提供真实、刺激的体验，同时确保观众的安全。

动感座椅是建立动感影院必不可少的构成元素之一，动感座椅可以根据影片特定故事情节的不 同而由计算机控制做出不同的特技效果来，例如，坠落，震荡，喷风，喷雨等等，再配上精心设计出来的烟雾、雨、光电、气泡、气味等，从而营造一种与影片内容相一致的全感知环境。动感座椅的主要市场是现代化电影院，主题公园，游乐场，游戏房，仿真教学培训室，等等，尤其是随着VR、AR技术的普及，以及科幻、冒险类的3D电影发行增多，动感座椅的市场需求量迅速扩大。 

  图1动感座椅与体感游戏驾驶

2  运动模拟

(飞行模拟、舰艇模拟、驾驶模拟、道路模拟、空间对接地面试验)

六自由度平台可以应用于各种模拟训练中，如飞行器模拟器、舰艇模拟器、汽车驾驶模拟器等。在模拟训练中，通过控制六自由度平台的动作来模拟现实场景，使得模拟训练更加真实和有效。例如，在飞行器模拟器中，六自由度平台可以模拟出飞行器在空中各种姿态下的运动，为飞行员提供实战训练。

 飞行模拟

飞行模拟器是六自由度平台的重要应用之一。它通过模拟飞行器的各种运动姿态，为飞行员提供实时的训练场景。六自由度平台在飞行模拟器中的应用，可以精确地模拟出飞行器在空中的自由运动，帮助飞行员掌握飞行技巧，提高飞行安全。

图2飞行模拟

 舰艇模拟

舰艇模拟器同样是六自由度平台的应用之一。通过六自由度平台的运动，模拟出舰艇在海洋中的各种姿态，为舰艇驾驶员提供真实的训练环境。这有助于提高驾驶员在复杂海况下的应对能力，确保航行安全。 

图3 舰艇模拟

 驾驶模拟

车辆驾驶模拟器在交通安全领域发挥着重要作用。六自由度平台可以模拟出车辆在道路上的各种运动状态，为驾驶员提供实时的训练场景。通过在模拟器中进行驾驶训练，驾驶员可以更好地掌握驾驶技巧，提高道路安全。

图4 驾驶模拟

 道路模拟

随着汽车工业的发展，对车辆性能和安全性的要求也越来越高。传统的道路试验对时间、空间和费用都有较大的限制，而道路模拟试验技术的出现填补了这一空白。通过六自由度平台实现整车道路模拟试验，能够模拟各种道路条件下的车辆行驶状态，从而全面评估车辆的性能。

图5 道路模拟试验

3 航天航空

在航天航空领域，六自由度平台被用于模拟试验、动力学仿真、飞行器结构测试等方面。通过六自由度平台的运动模拟，可以对飞行器在各种极端条件下的性能进行测试，为飞行器的研发和设计提供重要的实验数据。

 空间对接地面仿真模拟试验

半物理仿真试验台的研制是研究空间交会对接的有效方法，飞行模拟器是半物理仿真试验台的主要环节之一。空间对接半物理仿真平台用于地面上模拟和再现真实空间两飞行器对接过程，是在飞行器对接机构研制初期对其性能及对接初始条件进行研究的半物理仿真系统。该试验主要由六自由度运动平台，对接动力学解算系统，运动模拟器系统和温场系统等组成，可以模拟不同温度环境下和不同对接初始条件下的两飞行器交会，对接过程在地面上开展空间对接实验研究，对我国的航天载人和探月工程等提供了很大的帮助。

 图6 日本航天局空间对接机构地半物理仿真设备

图7 俄罗斯空间对接机构地面半物理仿真综合试验台与哈工大对接机构综合试验台

4 精密定位设备

六自由度平台还广泛应用于各类精密定位设备。如精密制造业、光学系统、医疗器械等领域，都需要高精度的定位和控制。六自由度平台能够实现高精度的运动控制，满足这些领域对精度和稳定性的高要求。目前高精度六自由度平台主要以国外为主导，可以达到微米和纳米精度的级别。目前国内高精度六自由度平台相对较少，同时也是未来国内发展的趋势。 

图8 PI公司的精密微动机构

5 稳定与隔振平台

 隔振平台

随着科学技术的不断发展，以IC制造装备、高分辨率电子显微镜、表面粗糙度测试仪和精密光学设备等为代表的精密制造设备、精密测量设备得到了越来越广泛的应用，其对精度的要求越来越高。作为实现高精度的重要基础设备，隔振装置能隔离地基和环境振动对精密设备的影响，给振动敏感的设备提供"安静"的工作环境，保证精密设备的正常运行。

基于六自由度隔振平台，通过将主动隔振技术、被动隔振技术、空间六自由度并联运动机构优化设计、柔性机构设计等多种方法相结合，能够刚性传递低频姿态控制信号，衰减高频干扰信号并且无谐振的六自由度隔振平台。采用六自由度平台主动隔振装置能实现六自由度控制的全解耦，应用灵活。该隔振装置能在六自由度 上实现对低频扰动的有效抑制和高频振动的隔离。 

图9 六自由度隔振平台

 海浪补偿平台

各类舰船在海上航行或作业时，且其需要极频繁的维护，因海风和海浪的作用无法避免的产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡六个自由度的运动，这些干扰给舰船上的活动如舰船上直升机起降、武器的精确射击、船舶上进行手术救治、货物设备的吊装等的正常进行带来了严重影响，甚至威胁到海上作业人员的生命安全。为了克服这些困难，采用六自由度海浪补偿平台，通过六个独立的自由度控制可有效隔离载体上的运动，使平台能够在海浪扰动下保持相对稳定的姿态和位置，提供一个相对稳定的工作平台。

海洋中的波浪和涌浪常常给海上设施和船舶带来极大的不稳定性，不仅影响工作效率，还可能危及人员和设备的安全。，通过六自由度海浪补偿平台实现波浪补偿可补偿船舶由于受到波浪的影响，造成悬吊货物的升沉运动。在该系统的作用下，悬吊货物可保持相对静止，以提高效率及安全。主要针对海工装备上人员与物资安全转运的工程需求。  

图10 六自由度海浪补偿平台

6 精密加工

在精密加工领域，六自由度平台也有着重要的应用。例如，在高精度雕刻、五轴数控加工、激光焊接等领域，六自由度平台可以实现工件在多个方向上的精密定位和控制，提高加工效率和产品质量。

并联机床又称为并联结构机床、虚拟轴机床，也曾被称为六条腿机床、六足虫，在国际上一般称为Parallel Kinematic Machine(PKM)，它们都是以Stewart平台为基础的。并联机床实质上是机器人技术与机床结构技术结合的产物。它的出现不仅引起了世界各国的广泛关注，而且被誉为“机床结构的重大革命”，制造业给予高度的重视。

并联机床以空间并联机构为基础，充分利用计算机数字控制的潜力，以软件取代部分硬件，以电气装置和电子器件取代部分机械传动，使将近两个世纪以来以笛卡尔坐标直线位移为基础的机床结构和运动学原理发生了根本变化。 

图11 并联机床

7 医疗设备

在医疗设备领域，六自由度平台也有着广泛的应用。例如，手术机器人、影像引导下的介入手术、精准放疗等领域都可以看到六自由度平台的身影。通过六自由度平台的精密运动控制，可以实现对患者的精确定位和手术器械的精准操作，提高手术的准确性和安全性。 

图12 医用机器人

8 体育模拟训练

训练馆内的六自由度平台可以模拟体育训练系统，通过计算机软件建立运动员的动力学模型，结合六自由度平台运动平台和计算机成像技术，在室内为运动员提供一个虚拟的专项运动的训练和比赛环境。利用六自由度平台技术、VR虚拟技术与体育项目数字建模技术相结合，为队员提供逼真的训练环境。这项技术的应用可以使运动员加深对比赛项目运动机理的理解，进行专项技术训练，强化技术模式训练，达到提前适应比赛场地，提高运动员训练成绩的目的。

六自由度平台模拟体育训练系统，可以让运动员站在平台上，在程序指令的控制下，切身体验高速滑行的落差感，以及及时纠正滑行姿态和过旗门的细节动作，从而能够提升自身的竞技水平。更为重要的是，远动员不仅降低了长途远征的时间成本，先进的仪器也能保证每名队员在短时间内可进行反复训练，同时还不受自然环境的影响。

目前，在六自由度平台这个领域，包括拳击、马拉松、自行车、雪橇、雪车、越野滑雪、冬季两项、高山回转和激流回旋等这些项目的都可以利用六自由度平台技术。 

 图13 体育模拟训练   六自由度平台体育模拟训练 

9 科学研究

在科学研究领域，六自由度平台被用于各种实验室设备和研究项目中。例如，在材料力学实验、生物医学研究、地震模拟等方面，六自由度平台可以模拟出不同条件下的运动状态，为科学研究提供实验条件和数据支持。

图14 大量程预紧式六维力传感器

总之，六自由度平台具有非常广泛的应用领域，涵盖了许多不同的行业和领域，并在多个行业领域发挥着重要作用。其优越的性能和广泛的应用前景，使得六自由度平台成为当今科技发展的重要方向。随着科技的不断进步和创新，相信六自由度平台在未来会有更加广阔的发展前景，为人类社会带来更多便利和福祉。

注：

以上图片及部分内容摘自网络，如有内容错误的地方欢迎纠正，如有涉及版权问题，请告知本人撤销，谢谢！

作 者 简 介

王刚

剑指工控运动控制专家

主要从事系统集成，运动控制设备应用二次开发。目前主要从事并联六自由度平台、振动台、道路模拟试验设备、疲劳或加载试验设备、AGV、视觉测量等设备应用开发。

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2023年12月