Введение

Тип параллельного манипулятора

Платформа Стюарта – это тип параллельного манипулятора, имеющий шесть призматических приводов, как правило, гидравлические или электрические линейные приводы, прикрепленные попарно к трем точкам на базовой плите платформы, с перекрестным соединением с тремя точками крепления на верхней плите. Все 12 соединений выполнены через карданные шарниры. Устройства, размещенные на верхней плите, могут перемещаться в шести степенях свободы, доступных для свободно подвешенного тела: три линейных перемещения по осям x, y, z (горизонтальное, продольное и вертикальное) и три вращения (тангаж, крен и рыскание). Платформы Стюарта известны под различными другими названиями. Во многих областях применения, включая авиационные тренажеры, она обычно называется базой движения. Иногда её называют шестиосной платформой или платформой с 6 степенями свободы (6 DoF) из-за возможных движений, и, поскольку движения создаются комбинацией перемещений нескольких приводов, её можно назвать синергетической платформой движения благодаря синергии (взаимному взаимодействию) между способами программирования приводов. Поскольку устройство имеет шесть приводов, в обиходе его часто называют гексаподом (шестиногий), название, которое изначально было зарегистрировано как торговая марка компанией Geodetic Technology для платформ Стюарта, используемых в станках.

История

Эта специализированная схема с шестью опорами была впервые использована В. Е. (Эриком) Гафом из Великобритании и начала функционировать в 1954 году, а позднее была описана в статье Д. Стюарта, опубликованной в 1965 году в Институте инженеров-механиков Великобритании. В 1962 году, до публикации статьи Стюарта, американский инженер Клаус Каппель независимо разработал тот же гексапод. Каппель запатентовал свою конструкцию и лицензировал ее первым компаниям, производящим авиасимуляторы, а также построил первые коммерческие октаэдрические гексаподальные симуляторы движения. Хотя обычно используется название «платформа Стюарта», некоторые считают, что «платформа Гафа–Стюарта» является более подходящим названием, поскольку оригинальная платформа Стюарта имела несколько иную конструкцию, в то время как другие утверждают, что следует признать вклад всех трех инженеров.

Приложения

Платформы Стюарта находят применение в авиасимуляторах, станкостроении, аниматронике, крановом оборудовании, подводных исследованиях, моделировании землетрясений, поисково-спасательных операциях на море, механических быках, позиционировании спутниковых антенн, телескопе Hexapod, робототехнике и ортопедической хирургии.

Симулятор полета

Платформа Стюарта широко используется в авиасимуляторах, особенно в полнодвижущих симуляторах, требующих реализации всех 6 степеней свободы. Эта разработка была осуществлена компанией Redifon, чьи симуляторы с использованием данной платформы стали доступны для самолетов Boeing 707, Douglas DC 8, Sud Aviation Caravelle, Canadair CL 44, Boeing 727, Comet, Vickers Viscount, Vickers Vanguard, Convair CV 990, Lockheed C 130 Hercules, Vickers VC10 и Fokker F 27 к 1962 году. В этом применении полезной нагрузкой является реплика кабины пилота и система визуализации, как правило многоканальная, для отображения внешней визуальной обстановки обучающемуся экипажу. Аналогичные платформы применяются в автосимуляторах, обычно монтируемых на больших X-Y столах для имитации кратковременных перегрузок. Длительные перегрузки могут быть смоделированы наклоном платформы, и активной областью исследований является вопрос комбинирования этих двух методов.

Робокраны

Джеймс С. Альбус из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработал Robocrane, в котором платформа подвешена на шести тросах, а не поддерживается шестью опорами.

ЛИДС

Система мягкой стыковки, разработанная НАСА, использует платформу Стюарта для управления космическими аппаратами в процессе стыковки.

КАРЕН

Компьютерная среда реабилитации, разработанная компанией Motek Medical, использует платформу Стюарта в сочетании с виртуальной реальностью для проведения передовых биомеханических и клинических исследований.

Пространственная структура Тейлора

Доктор Дж. Чарльз Тейлор использовал платформу Стюарта для разработки аппарата Тейлора (Taylor Spatial Frame) – внешнего фиксатора, применяемого в ортопедической хирургии для коррекции деформаций костей и лечения сложных переломов.

Механическое испытание

Первое применение: Эрик Гоф был автомобильным инженером и работал на заводе Dunlop Tyres, Форт Данлоп, в Бирмингеме, Англия. Он разработал свою "Универсальную машину для испытания шин" (также называемую "Универсальной установкой") в 1950-х годах, и его платформа начала функционировать к 1954 году. Эти машины часто находят применение в биомедицинской сфере (например, для изучения позвоночника) из-за сложности и большой амплитуды движений, необходимых для воспроизведения поведения человека или животного. Подобные требования также возникают в области гражданского строительства для моделирования сейсмических воздействий. Управляемые алгоритмом кинематического измерения полного поля, такие машины также могут использоваться для изучения сложных явлений на жестких образцах (например, искривленного распространения трещины в бетонном блоке), требующих высокой несущей способности и точности перемещения.

Компенсация по ходатайству

Система Ampelmann – это компенсирующий переход, использующий платформу Стюарта. Она обеспечивает доступ с движущегося судна снабжения к морским платформам и сооружениям даже в условиях сильного волнения.