Ventil 4 / 2020 • Letnik 26 264 HIDRAVLIČNE SESTAVINE 1 Uvod Ker si brez tehnike ne moremo predstavljati življe- nja, človek ves čas teži k razvoju, da si olajša vsak- danjik. Najprej je kot prevozna sredstva uporabljal živali, konje, osle, vole itd. Ker je človek v zgodovini ves čas težil k izboljšanju in razvoju, je začel izde- lovati različna prevozna sredstva na lastni pogon, med drugimi tudi sredstva za potovanje po zraku, kot npr. jadra, letala ipd. Zametki letalstva segajo že v prazgodovino s pre- prostimi projektili, razvoj letalstva pa se je zgodil šele v 20. stoletju. Prve leteče naprave so bili ba- loni na vroč zrak, ki so jih razvili več kot sto let pred letali. Leta 1900 je bil izdelan prvi zrakoplov, ki ga je izdelal Ferdinand von Zeppelin. Zrakoplov se je od balona razlikoval po tem, da je imel mo- tor, ki ga je poganjal. Prvo jadralno letalo je leta 1891 izdelal Otto Lilenthal [1]. Leta 1903 je polete- lo prvo letalo, ki ga je poganjal lastni pogon. Do največjega razvoja v letalstvu je prišlo med voj- nami. Med 1. svetovno vojno je bilo izdelanih več kot 18.000 letal, prav tako pa se je zgodil velik napredek v letalstvu tudi med 2. svetovno vojno. Kasneje so izdelali tudi potniška letala. Za name- ne šolanja so tako že okoli leta 1910 zgradili prvi center za šolanje pilotov na tleh. V ta namen se uporablja Stewartova ploščad [2], ki omogoča si- mulacijo v šestih prostostnih stopnjah. Stewart je v svojem članku leta 1965 [2] opisal mehanizem s šestimi prostostnimi stopnjami ter predlagal, da se uporablja kot simulator letenja za šolanje pi- lotov helikopterja. Čeprav tovrstne naprave obi- čajno imenujejo Stewartova ploščad, je Stewartov predlagani mehanizem le drugačna konfiguracija sistema, ki ga je razvil že Gough [3] leta 1947. Go- ugh je bil tudi eden izmed recenzentov Stewar- tovega članka, v svojem komentarju pa navaja, da je leta 1949 zasnoval podoben stroj za testira- nje pnevmatik. Stroj je bil izdelan v letih 1954 in 1955. Stewartova ploščad se uporablja za različne namene, npr. za simulatorje letenja, kot ključna tehnologija nekaterih obdelovalnih strojev, za si- mulacije v kinodvoranah, pri simulacijah potresov, pri mehanskih bikih, v ortopedski kirurgiji, meril- ni tehniki ipd. Uporaba simulatorjev je vedno bolj povezana tudi z virtualnim svetom, saj se lahko tako še bolj približamo realnim pogojem. 2 Opis strukture Stewartova ploščad (SP) (slika 1) omogoča simula- cijo šestih prostostnih stopenj. V veliki meri se upo- rablja za šolanje pilotov ter dodatna usposabljanja. Zaradi hitre industrijske rasti in v želji po doživetju nemogočega se omenjene ploščadi danes upora- bljajo tudi v zabaviščnih parkih, filmskem svetu, igri- cah ipd. SP je sestavljena iz pomične ploščadi, ki je povezana s fiksno (nepomično) osnovno ploščadjo preko šestih nog – aktuatorjev (hidravličnih valjev). S spremembo dolžine nog (aktuatorjev) se omogo- či gibanje zgornje premikajoče se ploščadi. Zaradi kompleksnejših položajev ploščadi oz. aktuatorjev je potrebno uporabiti univerzalne zglobe. Vsaka od šestih nog platforme je hidravlični valj (HV). Vsak HV je možno krmiliti ločeno, da se izvedejo želene pozicije in pomiki. r azvoj iN raziskave prototipa s teW artove ploščadi Jan Pustavrh, Aljoša Peperko, Franc Majdič Jan Pustavrh, dipl. inž.; doc. dr. Aljoša Peperko, prof. mat., doc. dr. Franc Majdič, univ. dipl. inž.; vsi Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo Izvleček: V Laboratoriju za fluidno tehniko (LFT) smo najprej izdelali miniaturni model Stewartove ploščadi. Na podlagi te miniaturne električno gnane in krmiljene Stewartove ploščadi smo se odločili izdelati hidravlični prototip ploščadi tipa 6-6, ki omogoča simulacijo v šestih prostostnih stopnjah. Sestavljena je iz dveh ne- pravilnih šesterokotnikov in šestih aktuatorjev. V našem primeru smo uporabili hidravlične valje in hidrav- lični agregat ter elektrohidravlični krmilni sistem. Ploščad smo postavili na stojalo, na katero smo postavili vse sestavine, ki so potrebne za njeno delovanje. Najzahtevnejši del pri izvedbi projekta je bila izdelava krmilnega dela, saj se ves čas med delovanjem giblje vseh šest hidravličnih valjev. Ključne besede: Stewartova ploščad, 6 prostostnih stopenj, hidravlične sestavine, simulatorji Ventil 4 / 2020 • Letnik 26 265 HIDRAVLIČNE SESTAVINE 3 Matematično ozadje Matematično ozadje delovanja Stewartove ploščadi je zelo zahtevno in pomembno pri njenem snovanju in krmiljenju. Pri zapisu matematičnega modela smo pregledali dostopno literaturo in si na koncu največ pomagali z znanstvenim člankom o šestprostostnih mehanizmih [5]. Končni rezultat pri matematičnem popisu delovanja Stewartove ploščadi je dolžina i-te noge, v našem primeru hidravličnega valja. Za izračun dolžine i-te noge je potrebno vnaprej določiti nekaj podatkov, in sicer radij pomične in nepomične ploščadi, višino med koordinatnim sis- temom na nepomični in pomični ploščadi ter kot med sosednjima vpetjema (theta) na nepomični in pomični ploščadi. Višino med fiksnim koordinatnim sistemom na nepomični in premikajočim se koor- dinatnim sistemom na pomični ploščadi zapišemo v vektorski obliki z enačbo (1). Koordinatam X in Y lahko prištevamo ali odštevamo ∆X oz. ∆Y, medtem Slika 1 : Splošen model Stewartove ploščadi [4] Slika 2 : a) Nepomična ploščad s koordinatnim sistemom O b , šestimi vpetji (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) ter kotom med sose- dnjima vpetjema (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) b) pomična ploščad s koordinatnim sistemom O p , šestimi vpetji (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) ter kotom med sosednjima vpetjema (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) [5] Ventil 4 / 2020 • Letnik 26 266 HIDRAVLIČNE SESTAVINE ko koordinati Z le prištevamo ∆Z. Vektorsko zapi- šemo vpetja (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) na nepomični ploščadi (slika 2a) glede na koordinatni sistem na nepomič- ni ploščadi ter vpetja (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) na pomični ploščadi (slika 2b) glede na koordinatni sistem na pomični ploščadi. Rotacijska matrika po enačbi (2) predstavlja zelo pomemben del pri izračunu dolži- ne nog. (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) (1) (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) (2) Pri tem S predstavlja kotno funkcijo sinus in C ko- tno funkcijo kosinus, koti α, β in γ predstavljajo na- gib okoli vzdolžne osi (ang. roll), nagib okoli prečne osi (ang. pitch) in zasuk okoli navpične osi letala (ang. yaw). Vektor, ki določa i-to nogo, izračuna- mo z enačbo (3). Vse potrebne veličine za izračun vektorja, ki določa i-to nogo, so prikazane na sliki 3. (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) (3) Dejanski prikaz preračuna dolžine i-te noge Prikazali bomo preračun dolžine i-te noge pri iz- vedbi delovnega giba vseh šestih hidravličnih va- ljev, to pomeni, da bodo dolžine vseh šestih hi- dravličnih valjev enake. Pri preračunu je potrebno uporabiti enačbo (3), v kateri (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) predstavlja krajevni vektor z izhodiščem v koordinatnem sistemu na ne- pomični ploščadi ter koncem v koordinatnem sis- temu na pomični ploščadi, (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) je rotacijska matrika (2), (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) predstavlja krajevni vektor vpetja na pomični ploščadi glede na koordinatni sistem na nepomič- ni ploščadi in (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) predstavlja krajevni vektor vpetja na nepomični ploščadi glede na koordinatni sistem na nepomični ploščadi. V enačbo (3) vstavimo vse predhodno naštete veličine ter dobimo dolžino i-te noge za Stewartovo ploščad, ko so hidravlični valji v začetni legi, kar je prikazano z enačbo (4). (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) (4) Slika 3 : Potrebne veličine za izračun dolžine i-te noge [5] Slika 4 : Prikaz dolžine i-te noge na Stewartovi ploščadi v začetni legi (paličje) Slika 5 : Prikaz dolžine i-te noge na Stewartovi plošča- di v končni legi (paličje) Ventil 4 / 2020 • Letnik 26 267 HIDRAVLIČNE SESTAVINE Na sliki 4 je prikazana dolžina i-te noge v začetni legi. Kot lahko vidimo s slike, je preračun zelo na- tančen. Na modelu v modelirniku je odstopanje ne- kaj manj kot 2 mm. Po opravljenem delovnem gibu je potrebno vektor- ju (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) prišteti koordinato ∆Z, ki je v našem primeru 100, saj hidravlični valji omogočajo 100 mm delov- nega giba. Preračun in rezultat po opravljenem de- lovnem gibu sta prikazana z enačbo (5). (𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) (𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6)) 𝑇𝑇 ⃗ = [ X ± ∆X 𝑌𝑌 ± ∆Y 𝑍𝑍 + ∆𝑍𝑍 ] (1) 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑏𝑏 , 𝑝𝑝 𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,…,6) 𝜃𝜃 ̂ 𝑝𝑝 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 = [ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝐶𝐶 𝑆𝑆𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 −𝑆𝑆𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 ] (2) 𝑙𝑙 𝑖𝑖 = 𝑇𝑇 ⃗ + 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 ∙ 𝑝𝑝 𝑖𝑖 − 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 (3) 𝑇𝑇 ⃗ , 𝑅𝑅 𝑃𝑃 𝐵𝐵 𝑝𝑝 𝑖𝑖 𝑏𝑏 ⃗ 𝑖𝑖 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + ∆𝑍𝑍 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 470,681 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (4) 𝑇𝑇 ⃗ 𝑙𝑙 1 = [ 0 ± ∆X 0 ± ∆Y 0 + 100 ] + [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] ∙ [ 281,908 102,606 0 ] − [ −52,094 295,442 0 ] = 567,398 𝑚𝑚 𝑚𝑚 (5) (5) Na sliki 5 je prikazana dolžina i-te noge v končni legi. Kot lahko vidimo s slike, je preračun zelo na- tančen. Na modelu v modelirniku je odstopanje ne- kaj več kot 4 mm. 4 Zasnova ploščadi Snovanja prototipa ploščadi smo se lotili z izho- diščnimi gabaritnimi merami in izbiro sestavin. Na podlagi izbranih sestavin smo izdelali hidravlično shemo (slika 6), ki je enostavna glede na komple- ksnost sistema. Slika 6 : Hidravlična shema prototipa Stewartove ploščadi Ventil 4 / 2020 • Letnik 26 268 HIDRAVLIČNE SESTAVINE Hidravlično energijo Stewartove ploščadi (slika 6) ustvarja hidravlični agregat (16), ki ga v osnovi se- stavlja hidravlična črpalka (1) s pretokom 11,4 l/min. Poganja jo 4 kW električni motor (2). Črpalka črpa hidravlično olje iz rezervoarja (4) s prostornino 25 l. Če Stewartova ploščad ne deluje oz. je v miru- jočem stanju, hidravlični agregat pa vseeno deluje, se olje vrača v rezervoar (4) skozi varnostnoraz- bremenilni ventil (3). Pred dotokom olja do visoko- tlačnega filtra (6) imamo še protipovratni ventil (5), ki varuje črpalko pred hidravličnim udarom. Olje, ki teče skozi visokotlačni filter (6), nadaljuje svojo pot do hidravličnega bloka (7), na katerem imamo šest proporcionalnih potnih ventilov (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 in 9.6) ter dva hidravlična akumulatorja (8.1 in 8.2) kapacitete po 1,5 l, ki se najprej napolnita s hidravličnim oljem. Krmilni bati v proporcionalnih ventilih (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 in 9.6) se premaknejo iz svoje osnovne lege, ko proporcionalne elektro- magnetne tuljave prejmejo električni signal iz PLC- -krmilnika. S prejemom ukaza in premikom krmilnih batov proporcionalnih ventilov ti omogočijo gibe batnic hidravličnih valjev (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5 in 10.6). Med vračanjem batnic hidravličnih valjev v prvotno lego se olje vrača skozi hidravlični blok (7), na katerem so proporcionalni ventilski vložki (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 in 9.6), ter na koncu skozi nizkotlač- ni povratni hidravlični filter (11) do rezervoarja (4). Nalivno odzračevalni filter (12) preprečuje vnos nečistoč oziroma delcev iz okolice preko odzrače- vanja v hidravlični sistem že na samem začetku in med delovanjem hidravlike. Za delovanje ter nadzi- ranje smo v sistem vgradili tudi nekaj merilnikov. To so merilniki tlaka na dovodu olja iz rezervoarja (13.1) ter na vhodnih (A) oz. izhodnih (B) vodih hidravlič- nih valjev (13.2, 13.3, 13.4, 13.5, 13.6, 13.7, 13.8, 13.9, 13.10, 13.11, 13.12 in 13.13). Poleg tlaka bomo merili še vhodno in izhodno temperaturo olja (14.1, 14.2). Model prototipa Stewartove ploščadi je prikazan na sliki 7. Snovanja smo se lotili z izdelavo nepomične in po- mične ploščadi, pri katerih je bilo potrebno upo- števati parametre, ki smo jih uporabili pri mate- matičnem preračunu. Zaradi možnosti doseganja Slika 7 : Model celotnega sestava Stewartove ploščadi (685 x 617 x 1505 mm) Slika 8 : Končan prototip hidravlične Stewartove plo- ščadi (685 x 844 x 1505 mm) Ventil 4 / 2020 • Letnik 26 269 HIDRAVLIČNE SESTAVINE kompleksnejših položajev ploščadi smo zasnovali tudi univerzalni zglob. Za prototip smo uporabili šest proporcionalnih ven- tilskih vložkov, ki smo jih privijačili v hidravlični blok, ki smo ga zasnovali sami. Izdelali smo tudi varnostno- razbremenilni blok, v katerega smo privijačili varno- stnorazbremenilni ter protipovratni ventil. Zaradi laž- jega transporta smo ploščad privijačili na stojalo, ki je na koleščkih. Stojalo je zasnovano tako, da nosi vse sestavine, ki so potrebne za delovanje ploščadi. Najtežji del pri realizaciji projekta je bila izdelava krmilnega dela. Krmilni del je zelo zahteven, saj se ves čas med delovanjem giblje vseh šest hidra- vličnih valjev, ki morajo delovati povezano. Ves čas med delovanjem pa je potrebno poznati tudi pozi- cije hidravličnih valjev, da lahko dosežemo želene »manevre«. V ta namen smo v sistem vgradili šest vrvičnih enkoderjev. Piko na i smo sistemu dodali s panelom, na katerega smo vgradili krmilno ročico, nekaj tipk, stikalo za izklop v sili ter displej. Na za- slonu, vgrajenem na ploščad, lahko vidimo položaj vsakega hidravličnega valja, zaženemo hidravlični agregat, ga izključimo ter tudi krmilimo ploščad. Slika 8 prikazuje fotografijo končanega prototipa Stewartove ploščadi. 5 Delovanje ploščadi Kot smo že omenili, smo imeli veliko težav z izdelavo krmilnega dela. Sistem je zahteven, ker se med delo- vanjem ves čas giblje vseh šest hidravličnih valjev, ki z izvlačenjem ali z uvlačenjem batnic povzročajo gi- banje zgornje premikajoče se ploščadi. Poleg giba- Slika 10: Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri delovnem gibu in obremenitvi 0 kg Slika 11: Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri delovnem gibu in obremenitvi 20 kg -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tlak [bar] Čas [s] HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tlak [bar] Čas [s] HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 Slika 9 : Hidravlični prototip Stewartove ploščadi (685 x 844 x 1600 mm) Figure 10 : Izmerjeni tlak v odvisnosti od časa pri delovnem gibu in obremenitvi 0 kg Ventil 4 / 2020 • Letnik 26 270 HIDRAVLIČNE SESTAVINE Slika 10: Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri delovnem gibu in obremenitvi 0 kg Slika 11: Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri delovnem gibu in obremenitvi 20 kg -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tlak [bar] Čas [s] HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tlak [bar] Čas [s] HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 Slika 12: Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri povratnem gibu in obremenitvi 0 kg Slika 13: Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri povratnem gibu in obremenitvi 20 kg 7. Zaključek Želja po izdelavi ''industrijske'' ploščadi se je rodila iz želje po simuliranju na področju letalstva ter pridobivanju novih izkušenj na področju nam še neznanega. Cilj je bil izdelati delujočo Stewartovo ploščad na kateri se bo v prihodnosti lahko izobraževalo, raziskovalo in izpopolnjevalo… Zastavljen cilj je bil dosežen nad pričakovanji. Stewartova ploščad je izdelana in potrjeno je njeno delovanje. V prihodnosti si želimo izdelati večjo ploščad na katero bi bilo mogoče postaviti kabino manjšega letala 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tlak [bar] Čas [s] HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 -1 4 9 14 19 24 29 34 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tlak [bar] Čas [s] HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 Slika 11 : Izmerjeni tlak v odvisnosti od časa pri delovnem gibu in obremenitvi 20 kg Slika 12 : Izmerjeni tlak v odvisnosti od časa pri povratnem gibu in obremenitvi 0 kg nja vseh valjev se je pojavil tudi problem usklajenosti gibov hidravličnih valjev. Pri prvem zagonu Stewartove ploščadi (slika 9) smo morali paziti na nevarnost zvitja zgornje premikajoče se ploščadi, zato smo na začetku opravili nekaj premi- kov brez zgornje ploščadi, valji so bili vpeti le na ne- pomični ploščadi. Ker je sistem deloval pravilno, smo namestili premikajočo se ploščad ter preizkusili njeno delovanje. Glede na omenjene težave in številne po- misleke smo delo opravili odlično. Ploščad zaenkrat še ne deluje popolnoma usklajeno, vendar lahko z njo prikažemo vse »manevre«, ki jih lahko opravi letalo. 6 Eksperimentalni del Med delovanjem ploščadi smo opravili tudi nekaj začetnih meritev (slika 10, 11, 12 in 13), ki smo jih iz- vedli tako, da smo vseh šest batnic hidravličnih va- ljev istočasno izvlekli in uvlekli. Naredili smo meri- tve z neobremenjeno ploščadjo ter z obremenitvijo 10 kg in 20 kg. Z grafov je razvidno, da nismo uspeli doseči popolne usklajenosti delovanja hidravličnih Ventil 4 / 2020 • Letnik 26 Development and research of the prototype of the Stewart platform Abstract: Simulations of human emotions under real conditions are very popular nowadays. A simulation of six de- grees of freedom was made possible by the development of the Gough-Stewart platform in 1947. The elec- trically driven miniature Stewart platform was first produced in the Laboratory for fluid power and controls in 2019. Based on this experience, a hydraulic prototype of the Stewart platform with six degrees of freedom was produced. It consists of two irregular hexagon frames and six actuators. In this case six hydraulic cylin- ders, a hydraulic power unit and an electro-hydraulic control system were used. The platform was placed on a stand on which all components necessary for its operation were mounted. The most demanding part of the project was the production of the control part, as all six hydraulic cylinders are constantly moving during operation. After a prototype of the Stewart platform had been manufactured, a test run was carried out and the first measurements are presented in the article. In the future, in-depth research will be conducted on the reaction of differently loaded upper platforms to their dynamic control. It is also planned to build a larger hydraulic platform on which the cockpit of a smaller aircraft will be installed. Keywords: Stewart platform, 6 degrees of freedom, hydraulic components, simulators 271 HIDRAVLIČNE SESTAVINE Slika 12: Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri povratnem gibu in obremenitvi 0 kg Slika 13: Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri povratnem gibu in obremenitvi 20 kg 7. Zaključek Želja po izdelavi ''industrijske'' ploščadi se je rodila iz želje po simuliranju na področju letalstva ter pridobivanju novih izkušenj na področju nam še neznanega. Cilj je bil izdelati delujočo Stewartovo ploščad na kateri se bo v prihodnosti lahko izobraževalo, raziskovalo in izpopolnjevalo… Zastavljen cilj je bil dosežen nad pričakovanji. Stewartova ploščad je izdelana in potrjeno je njeno delovanje. V prihodnosti si želimo izdelati večjo ploščad na katero bi bilo mogoče postaviti kabino manjšega letala 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tlak [bar] Čas [s] HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 -1 4 9 14 19 24 29 34 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tlak [bar] Čas [s] HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 Slika 13 : Izmerjen tlak v odvisnosti od časa pri povratnem gibu in obremenitvi 20 kg valjev, vendar smo dosegli cilj, da smo zagnali pro- totipno ploščad ter opravili gibe ploščadi. 7 Zaključek Želja po izdelavi »industrijske« ploščadi se je rodila iz želje po simuliranju na področju letalstva in pridobi- vanju novih izkušenj na področju nam še neznanega. Cilj je bil izdelati delujočo Stewartovo ploščad, na ka- teri se bo v prihodnosti lahko izobraževalo, razisko- valo in izpopolnjevalo … Zastavljeni cilj je bil dosežen nad pričakovanji. Stewartova ploščad je izdelana in potrjeno je njeno delovanje. V prihodnosti si želimo izdelati večjo ploščad, na katero bi bilo mogoče po- staviti kabino manjšega letala ter izpopolniti znanje na področju večprostostnih simulatorjev. Vabimo vse zainteresirane, ki bi potrebovali tako ploščad. Viri [1] O. Lilenthal. Encyclopedia Britannica. Dosto- pno na: https://www.britannica.com/biogra- phy/Otto-Lilienthal, ogled 30. 4. 2020. [2] D. Stewart, A platform with six degrees of freedom, v: Proceedings of the IMechE, vol. 180, Pt. 1, No. 15, 1965–1966, str. 371–385. [3] V. E. Gough, Discussion in London: automo- bile stability, control, and tyre performance, v: Proceedings of the IMechE’s Automobile Division, 1956, str. 392–394. [4] Z. Bingul, O. Karahan: Dynamic modeling and simulation of Stewart platform. Mechatronics Engineering, Kocaeli University, Turkey, 2012. [5] R. M. L. Garcia, V. T. Valente, M. R. Sobczyk, E. A. Perondi: Control of an electrohydraulic stewart platform manipulator as vessels mo- tion simulator. Florianópolis, SC, Brazil, 2016.