بررسي تجربي استفاده از سكوي 6 درجه آزادي استوارت براي جداسازي فعال ارتعاشات

Active vibration isolation using 6DOF Stewart platform: An experimental study

سكوي استوارت به عنوان سكويي كه توانايي اعمال سه درجه آزادي حركت انتقالي و سه درجه آزادي حركت دوراني دارد، داراي دو صفحه پاييني (پايه) و بالايي (متحرك) مي‌باشد و مي‌تواند براي جداسازي رفتار بخش متحرك و محموله روي آن از حركات وارده به سكوي پايين مورد استفاده قرار گيرد. اين مقاله به بررسي تجربي امكان استفاده از سكوي استوارت به عنوان يك سكوي شش درجه آزادي به منظور جداسازي فعال ارتعاشات مي‌پردازد. حذف ارتعاشات دامنه بالا كه معمولاً فركانس پاييني دارند با روش‌هاي غيرفعال ممكن نيست و لازم است كه از روش فعال براي حذف آنها بهره جست. در اين تحقيق، يك سكوي استوارت بر مبناي عملگرهاي دوراني الكتريكي (سروو موتورها) ساخته شد و براي جداسازي صفحه فوقاني از حركات صفحه زيرين مورد استفاده قرار گرفت. حركات با دو درجه آزادي شامل دو دوران متعامد غلت و فراز به صفحه زيرين اعمال گرديد و نشان داده شد كه با طراحي كنترل ‌كننده‌هاي مناسب بر مبناي سينماتيك سكوي استوارت مي‌توان از انتقال اين حركات به صفحه فوقاني جلوگيري نمود. براي تخمين دو زاويه دوراني، از سنسورهاي مِمز، شامل دو عدد شتاب‌سنج و يك عدد ژيروسكوپ سرعت زاويه‌اي استفاده گرديد. اين سنسورها زواياي مورد نظر را با استفاده از فيلتر كالمان تخمين مي‌زدند. نتايج آزمايشات عملي نشان داد كه وقتي حركات صفحه پاييني در محدوده سرعت كاري سروو موتورها قرار داشته باشند، سكوي استوارت قادر است دو دوران متعامد غلت و فراز را به خوبي حذف كرده و وضعيت صفحه فوقاني را در حالت افقي تثبيت نمايد.

The Stewart platform with six degree of freedom (three translational and three rotational motions) consists of two rigid bodies, lower plate (base) and upper one (mobile). These two bodies are connected by six extensible legs between three pairs of joints on each of the bodies. This platform can be used to isolate the top plate of the platform and its payload from the applied motions to the base. Since the passive isolation methods are not effective in elimination of the high amplitude (and usually) low frequency motions, this paper practically investigates the possibility of using the 6DOF Stewart platform as an active vibration isolator. In this study, a Stewart platform was designed and constructed based on electric actuators (servo-motors). It was then practically utilized to isolate its top plate from the applied pitch and roll rotations to the base plate. MEMS sensors including two accelerometers and one rate gyro along with Kalman filter and kinematic relations were utilized for measuring the pitch and roll motions. A PI controller was implemented to keep the top plate at level position using the MEMS sensors installed on the bottom plate. The experimental results indicated that the platform can effectively isolate the pitch and roll motions while the frequency of these motions is in the working speed range of the electric actuators.