一種用于機(jī)載伺服系統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型的能自動(dòng)進(jìn)行位姿補(bǔ)償?shù)臋C(jī)載平臺(tái)，以六自由度并聯(lián)機(jī)器平臺(tái)作為機(jī)載平臺(tái)，平臺(tái)的固定端的位姿是隨機(jī)體呈動(dòng)態(tài)變化的，而由六個(gè)并聯(lián)的伸縮桿以及萬(wàn)向鉸鏈控制工作臺(tái)的位姿始終處于水平狀態(tài)。通過(guò)坐標(biāo)變化將位置控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為軌跡跟蹤控制問(wèn)題。由平臺(tái)的工作面完成負(fù)載的橫蕩、縱蕩這兩個(gè)自由度的控制任務(wù)，剩下的一個(gè)自由度(轉(zhuǎn)艏)由平臺(tái)上的負(fù)載來(lái)完成。從而實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)的快速穩(wěn)定準(zhǔn)確的目標(biāo)跟蹤。本發(fā)明可用于車輛、飛機(jī)中的機(jī)載武器、目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)等。
【專利說(shuō)明】 一種用于機(jī)載伺服系統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)的綜合及控制方法，特別涉及一種六自由度并聯(lián)機(jī)器平臺(tái)與伺服系統(tǒng)的綜合與控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)器人是由多條獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈連接末端執(zhí)行器和固定系統(tǒng)而形成的多閉環(huán)機(jī)構(gòu)。它具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差小、精度高、自重負(fù)荷比小、動(dòng)力性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成功地用于加工中心、操作機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置、微動(dòng)器、微型機(jī)器人以及多維傳感器等眾多領(lǐng)域，并以其特有的并聯(lián)機(jī)器人多運(yùn)動(dòng)鏈構(gòu)成的閉環(huán)機(jī)構(gòu)方式，成為一個(gè)潛在的高速高精度的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。目前關(guān)于并聯(lián)機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用正日益廣泛，應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)展，這些重要應(yīng)用彌補(bǔ)了串聯(lián)機(jī)器人的不足，擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。
[0003]常規(guī)的機(jī)載平臺(tái)的工作臺(tái)隨車體的運(yùn)動(dòng)不能保持水平狀態(tài)，因此機(jī)載系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，必須根據(jù)當(dāng)前的機(jī)體位姿進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)體姿態(tài)的修正，這個(gè)過(guò)程無(wú)疑對(duì)機(jī)載系統(tǒng)的控制速度和精度產(chǎn)生了一定的影響。
[0004]因此設(shè)計(jì)一種新型的能自動(dòng)進(jìn)行位姿補(bǔ)償?shù)臋C(jī)載平臺(tái)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。使用并聯(lián)平臺(tái)作為機(jī)載平臺(tái)，充分利用其高精度與高速度以及工作面可以靈活控制等特點(diǎn)，便可以達(dá)到較好的機(jī)載系統(tǒng)的控制效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，設(shè)計(jì)一種新型的能自動(dòng)進(jìn)行位姿補(bǔ)償?shù)臋C(jī)載平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)載伺服系統(tǒng)的快速跟蹤。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種六自由度并聯(lián)機(jī)器平臺(tái)與伺服系統(tǒng)的綜合方法,主要包括以下內(nèi)容:
[0007](I)六自由度并聯(lián)機(jī)器平臺(tái)與伺服系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。將機(jī)器平臺(tái)與伺服系統(tǒng)作為完成伺服系統(tǒng)跟蹤任務(wù)的一個(gè)總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，并聯(lián)機(jī)器平臺(tái)負(fù)責(zé)提供高質(zhì)量的水平位置，伺服系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成水平位置下的跟蹤，將一個(gè)任務(wù)分解為兩個(gè)部分同步處理。
[0008](2)利用坐標(biāo)變換將位姿控制轉(zhuǎn)化為跟蹤控制問(wèn)題。并聯(lián)機(jī)器平臺(tái)的跟蹤問(wèn)題已有了一些研究成果，而作為水平平臺(tái)的控制卻很少有研究，實(shí)際上通過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)變換便可以為兩者之間架起橋梁。
[0009](3)綜合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型的建立。充分考慮系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，以及外界環(huán)境因素的影響，在坐標(biāo)變換后，建立動(dòng)力學(xué)模型
[0010](4)系統(tǒng)各部分任務(wù)分配。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]附圖為機(jī)載并聯(lián)平臺(tái)示意圖。
[0012]圖中①鉸鏈②伸縮桿③工作臺(tái)④固定平臺(tái)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]本發(fā)明采用六自由度并聯(lián)平臺(tái)作為機(jī)載平臺(tái)，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使該平臺(tái)的工作面始終保持水平，以并聯(lián)機(jī)器人本身所具有的高速度高精度的特點(diǎn)，保證了機(jī)載負(fù)載的快速跟蹤以及跟蹤的精確度，【具體實(shí)施方式】如下:
[0015](1)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)
[0016]本發(fā)明以機(jī)載六自由度并聯(lián)平臺(tái)為研究對(duì)象(如圖1所示)，其固定平臺(tái)④固定在機(jī)體。由于機(jī)體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有一定的位姿。常規(guī)的機(jī)載平臺(tái)的工作臺(tái)隨車體的運(yùn)動(dòng)不能保持水平狀態(tài)，因此機(jī)載系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，必須根據(jù)當(dāng)前的機(jī)體位姿進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)體姿態(tài)的修正，這個(gè)過(guò)程無(wú)疑對(duì)機(jī)載系統(tǒng)的控制速度和精度產(chǎn)生了一定的影響。
[0017]區(qū)別于以往靜止的并聯(lián)平臺(tái)，該發(fā)明中機(jī)載并聯(lián)平臺(tái)的固定平臺(tái)的位姿是動(dòng)態(tài)變化的。由六個(gè)并聯(lián)的伸縮桿②以及與其相連的萬(wàn)向鉸鏈①控制工作臺(tái)的位姿，以保證工作平臺(tái)③始終處于水平狀態(tài)，使負(fù)載位姿在運(yùn)行中保持平穩(wěn)，不需要在負(fù)載的控制器設(shè)計(jì)中進(jìn)行載體的位姿修正。進(jìn)一步，當(dāng)該平臺(tái)用于機(jī)載武器等平臺(tái)時(shí)，利用平臺(tái)及所搭載的伺服系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以確保對(duì)目標(biāo)的快速、準(zhǔn)確的跟蹤。
[0018](2)綜合系統(tǒng)的坐標(biāo)變換
[0019]由于機(jī)(車)載并聯(lián)平臺(tái)固定在運(yùn)動(dòng)的機(jī)體上，與傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)器人平臺(tái)不同的是，一方面，機(jī)體本身具有可測(cè)的變化的姿態(tài)，從而導(dǎo)致固定平臺(tái)(見(jiàn)圖1)具有可測(cè)的變化的姿態(tài)；另一方面，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有不可測(cè)的動(dòng)態(tài)干擾，例如機(jī)體的顛簸等。綜合考慮上述因素，必須利用坐標(biāo)變化，將問(wèn)題由“固定平臺(tái)在具有可測(cè)變化姿態(tài)的前提下，工作臺(tái)必須保持水平(見(jiàn)圖1)”的位置控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為“固定平臺(tái)保持水平不變，工作臺(tái)跟蹤期望軌跡”的并聯(lián)機(jī)器人的軌跡跟蹤控制問(wèn)題；即將p-xyz平面的水平控制問(wèn)題通過(guò)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為該平面的位置軌跡跟蹤問(wèn)題。
[0020](3).綜合平臺(tái)跟蹤問(wèn)題的動(dòng)力學(xué)模型的建立
[0021]a.首先充分考慮機(jī)身的擾動(dòng)以及對(duì)各支路進(jìn)行分解時(shí)，存在單支路負(fù)載變化和耦合干擾等不確定性因素，并考慮相互作用的影響，合理建立系統(tǒng)的無(wú)模型動(dòng)態(tài)，將整體問(wèn)題轉(zhuǎn)化為各支路的問(wèn)題考慮。
[0022]b.用并聯(lián)機(jī)器人各個(gè)部件的雅可比矩陣描述動(dòng)平臺(tái)在任務(wù)空間的速度、加速度以及兩岸和滑塊的速度、加速度之間的關(guān)系。最終得到綜合系統(tǒng)的雅可比矩陣為
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種用于機(jī)載伺服系統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺(tái)，其特征在于以六自由度并聯(lián)機(jī)器平臺(tái)作為機(jī)載平臺(tái)，并載有伺服系統(tǒng)作為負(fù)載，通過(guò)系統(tǒng)綜合實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)的快速穩(wěn)定準(zhǔn)確的目標(biāo)跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的用于機(jī)載伺服系統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺(tái)，其特征在于選取的平臺(tái)為六自由度的并聯(lián)平臺(tái)，并由六個(gè)并聯(lián)的伸縮桿以及萬(wàn)向鉸鏈控制工作臺(tái)的位姿。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的用于機(jī)載伺服系統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺(tái)，其特征在于平臺(tái)的固定端的位姿是隨機(jī)體呈動(dòng)態(tài)變化的，而工作平臺(tái)始終處于水平狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的用于機(jī)載伺服系統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺(tái)，其特征在于必須利用坐標(biāo)變化將位置控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為軌跡跟蹤控制問(wèn)題，其動(dòng)力學(xué)模型為如下形式:
M(q)q + C(q,q) + G(q) = JT(q)u.
5.根據(jù)權(quán)利I所述的用于機(jī)載伺服系統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺(tái)，其特征在于對(duì)于負(fù)載的三自由度，由平臺(tái)的工作面完成負(fù)載的橫蕩、縱蕩這兩個(gè)自由度的控制任務(wù)，剩下的一個(gè)自由度(轉(zhuǎn)艏)由平臺(tái)上的負(fù)載來(lái)完成。`
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK103862458SQ201210533164
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】陳奕梅 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)