本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人零點(diǎn)標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
：并聯(lián)機(jī)器人因其結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域。零點(diǎn)是機(jī)器人坐標(biāo)系的基準(zhǔn)，無法確定零點(diǎn)的機(jī)器人就無法判斷自身位置，更難以精確控制其運(yùn)動軌跡。通常在出廠之前廠家會對工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，給出各連桿的參數(shù)及零點(diǎn)位置。據(jù)分析，我國自主研發(fā)的機(jī)器人相對出現(xiàn)零點(diǎn)位置丟失的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，如突然斷電、與環(huán)境發(fā)生碰撞、超越機(jī)械極限位置、手移動機(jī)器人關(guān)節(jié)等均會造成零點(diǎn)的丟失。如何快速、簡易并精確地找到機(jī)器人零點(diǎn)位置是精確控制機(jī)器人運(yùn)動的前提和保證。然而，目前尚未存在一種簡易精確的找回零點(diǎn)的方法。如中國專利公開號為CN104354166B的一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人零點(diǎn)標(biāo)定方法，在機(jī)器人靜平臺和動平臺之間安裝一把帶刻度的伸縮尺以實(shí)時測量動、靜平臺間的距離，該方法可精確地找到機(jī)器人零點(diǎn)，但需通過球副將伸縮尺與動、靜平臺連接，操作不便。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)標(biāo)定方法，采用該方法能夠在三自由度高速并聯(lián)機(jī)器人零點(diǎn)丟失的情況下簡易、快速、精確地找回零點(diǎn)，以提高該類高速并聯(lián)機(jī)器人的精度定位。一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人零點(diǎn)標(biāo)定方法，包括以下步驟：一)布置靜平臺：在靜平臺末端安裝一個激光傳感器；二)布置動平臺：在動平臺相對于靜平臺的等效中心處放置一圓形紙片，用以接收激光傳感器發(fā)射出的激光；三)建立空間坐標(biāo)系：在三自由度并聯(lián)機(jī)器人的工作平面內(nèi)建立一個空間直角坐標(biāo)系，并將直角坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)定在靜平臺上；四)移動動平臺：將動平臺移動到工作空間內(nèi)的任一位置，并記錄當(dāng)前位置激光傳感器所示動平臺與靜平臺間的距離H1，然后控制動平臺沿x方向移動一個固定增量Δx，并記錄當(dāng)前位置激光傳感器所示動平臺與靜平臺間的距離H2，然后控制動平臺沿y方向移動一個固定增量Δy，并記錄當(dāng)前位置激光傳感器所示動平臺與靜平臺間的距離H3，最后控制動平臺在其工作空間內(nèi)分別沿z方向移動一個固定增量Δz，并記錄當(dāng)前位置電傳感所示動平臺與靜平臺間的距離H4；五)計算機(jī)器人主動臂空間位置：建立機(jī)器人通過計算得到動平臺經(jīng)三次移動后所處位置的坐標(biāo)；然后根據(jù)逆運(yùn)動學(xué)模型即可得到三次平移后機(jī)器人主動臂與水平面的夾角，然后使主動臂驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度，帶動機(jī)器人主動臂旋轉(zhuǎn)至其工作空間內(nèi)的水平位置，完成三自由度并聯(lián)機(jī)器人零點(diǎn)標(biāo)定工作。所述步驟二)建立的直角坐標(biāo)系O-xyz，以三個主動臂旋轉(zhuǎn)中心的內(nèi)切圓的圓點(diǎn)作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)O，以其中一個主動臂的旋轉(zhuǎn)中心與原點(diǎn)O的連線為y軸，且正方向?yàn)樵c(diǎn)O到主動臂旋轉(zhuǎn)中心的方向；z軸過原點(diǎn)，且以垂直于靜平臺平面向上的方向?yàn)檎较?；x軸可由右手定則確定。所述步驟三)動平臺移動三次后所處位置的坐標(biāo)O′為(x+Δx,y+Δy,z+Δz)，且有：(x+Δx)2+y2+z2-x2+y2+z2=H2-H1(x+Δx)2+(y+Δy)2+z2-(x+Δx)2+y2+z2=H3-H2(x+Δx)2+(y+Δy)2+(z+Δz)2-(x+Δx)2+(y+Δy)2+z2=H4-H3]]>通過求解上式可獲得三次移動后動平臺的位置參數(shù)，繼而可獲得三次移動后機(jī)器人主動臂與水平面的夾角：θi=2arctan-Ei-Ei2-Gi2+Fi2Gi-Fi,(i=1~3)---(1)]]>式(1)中：Ei＝2l1(r-ei)TzFi＝-2l1(r-ei)T(cosβix+sinβiy)Gi=(r-ei)T(r-ei)+l12-l22]]>式中，x、y和z分別表示坐標(biāo)系O-xyz各坐標(biāo)軸的單位矢量；r表示動平臺參考點(diǎn)O′的位置矢量；ei表示主動臂旋轉(zhuǎn)中心的位置矢量；l1和l2分別為支鏈i主動臂和從動臂的桿長；βi表示靜平臺結(jié)構(gòu)角，且本發(fā)明的有益效果是：1)不需要復(fù)雜的算法及標(biāo)定工具，整個標(biāo)定過程簡易方便；2)本發(fā)明可以達(dá)到較高的標(biāo)定精度，可達(dá)0.02um；3)整個標(biāo)定過程簡潔快速，保證了機(jī)械手的運(yùn)動效率。附圖說明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面對本發(fā)明進(jìn)一步闡述。如圖1所示，三自由度高速并聯(lián)機(jī)器人包括靜平臺1、動平臺4及三條拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈，每條運(yùn)動支鏈均包括主動臂2和從動臂3兩部分。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的標(biāo)定方法，需要在靜平臺1末端安裝一個激光傳感器5，以便實(shí)時測量靜平臺1和動平臺4之間距離的變化。在三自由度并聯(lián)機(jī)器人工作空間內(nèi)建立直角坐標(biāo)系O-xyz，以三個主動臂旋轉(zhuǎn)中心的內(nèi)切圓的圓點(diǎn)作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)O，以其中一個主動臂的旋轉(zhuǎn)中心與原點(diǎn)O的連線為y軸，且正方向?yàn)樵c(diǎn)O到主動臂旋轉(zhuǎn)中心的方向；z軸過原點(diǎn)，且以垂直于靜平臺平面向上的方向?yàn)檎较颍粁軸可由右手定則確定。將機(jī)器人動平臺移動到工作空間內(nèi)的任一位置O(x,y,z)，并記錄當(dāng)前位置傳感器所示動平臺與靜平臺間的距離H1，然后控制機(jī)器人動平臺沿x方向移動一個固定增量Δx，并記錄當(dāng)前位置傳感器所示動平臺與靜平臺間的距離H2，接著控制機(jī)器人動平臺沿y方向移動一個固定增量Δy，并記錄當(dāng)前位置傳感器所示動平臺與靜平臺間的距離H3，最后控制并聯(lián)機(jī)器人動平臺在其工作空間內(nèi)分別沿z方向移動一個固定增量Δz，并記錄當(dāng)前位置傳感器所示動平臺與靜平臺間的距離H4，上述機(jī)器人動平臺的三次移動務(wù)必在其工作空間范圍內(nèi)完成。(x+Δx)2+y2+z2-x2+y2+z2=H2-H1(x+Δx)2+(y+Δy)2+z2-(x+Δx)2+y2+z2=H3-H2(x+Δx)2+(y+Δy)2+(z+Δz)2-(x+Δx)2+(y+Δy)2+z2=H4-H3---(1)]]>由式(1)可求得機(jī)器人初始位置O(x,y,z)，進(jìn)而求得機(jī)器人動平臺經(jīng)三次移動后所處位置O'(x+Δx,y+Δy,z+Δz)。在坐標(biāo)系下，動平臺經(jīng)三次移動后所處位置點(diǎn)O'的位置矢量r'＝(x+Δx,y+Δy,z+Δz)T可表示為：r'＝ei+l1ui+l2wi,(i＝1～3)(2)式(2)中，ei＝e(cosβisinβi0)T,(i＝1～3)在圖1中表示O到Ai的向量；e表示靜平臺與動平臺的外接圓半徑差；βi表示靜平臺結(jié)構(gòu)角，l1，l2分別為支鏈i主動臂和從動臂的桿長，ui，wi分別為支鏈i主動臂和從動臂桿長的單位矢量，且：ui＝(cosθicosβicosθisinβi-sinθi)T(3)式(3)中，θi表示主動臂i(i＝1,2,3)與水平面的夾角。結(jié)合(2)、(3)兩式，并寫成三角函數(shù)的形式，有：Eisinθi+Ficosθi+Gi＝0(4)式(4)中：Ei＝2l1(r'-ei)TzFi＝-2l1(r'-ei)T(cosβix+sinβiy)(5)Gi=(r′-ei)T(r′-ei)+l12-l22]]>式(5)中x，y和z分別表示坐標(biāo)系O-xyz各坐標(biāo)軸的單位矢量。結(jié)合萬能公式，化簡(4)式，得：θi=2arctan-Ei-Ei2-Gi2+Fi2Gi-Fi,i=1~3---(6)]]>由(6)式計算獲得三次移動機(jī)器人動平臺后主動臂與水平面之間的夾角θi，令i＝1，計算獲得θ1，令i＝2，計算獲得θ2，令i＝3，計算獲得θ3，控制三個主動臂分別轉(zhuǎn)動(θi－θ0)可以保證機(jī)器人處于零點(diǎn)位置，其中，θ0是三個主動臂理論零位與水平面的夾角。即完成了三自由度高速并聯(lián)機(jī)器人零點(diǎn)標(biāo)定工作。上述坐標(biāo)系的建立方法，是為了簡化之后的計算過程，采用其他的建系方法及相同的計算方法也能得到相同的結(jié)果。這是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易想到的，在此不再贅述。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。當(dāng)前第1頁1 2 3