一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械精密儀器控制領(lǐng)域，具體涉及一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝 置運動控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 并聯(lián)調(diào)整機構(gòu)與串聯(lián)調(diào)整機構(gòu)相比，具有負(fù)載大、精確定位能力好、穩(wěn)定性尚等優(yōu) 點，所以并聯(lián)調(diào)整機構(gòu)越來越多的應(yīng)用于光學(xué)組件定位、精密/超精密加工、半導(dǎo)體器件制 造、精密檢測等研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)并聯(lián)調(diào)整機構(gòu)的運動副通過剛性元件的相對運動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向 功能，但是存在回程間隙與摩擦，這對定位精度和調(diào)整分辨率是不利的，柔性六自由度并聯(lián) 精密調(diào)整裝置通過多組柔性腿的協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)運動平臺的位置定位以及姿態(tài)的調(diào)整，基于 柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置的柔性片體的鉸鏈有效地克服了傳統(tǒng)并聯(lián)調(diào)整機構(gòu)存在 的技術(shù)缺陷，更多的應(yīng)用于微納米調(diào)整的并聯(lián)機構(gòu)中。
[0003] 但是柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置的運動控制難度增加了，同時需要高效的解 算方法和控制方法使運動平臺快速響應(yīng)，以實現(xiàn)平臺位置定位和姿態(tài)的調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法，解決現(xiàn) 有技術(shù)存在的平臺運動難于控制的技術(shù)缺陷，并提出高效的解算方法和控制方法實現(xiàn)運動 平臺快速響應(yīng)和精確定位。
[0005] 本發(fā)明一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法，本發(fā)法所涉及的柔性 六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置包括運動平臺、基座平臺和六個柔性腿;六個柔性腿分布在運 動平臺與基座平臺之間；每個柔性腿的兩端分別設(shè)有柔性片體，且設(shè)有驅(qū)動柔性腿運動的 直線驅(qū)動電機以及用于檢測柔性柔性腿位移的直線位移傳感器；
[0006] 本方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一:通過速度瞬心法或有限元分析法分別計算出每個柔性腿上的直線驅(qū)動電 機與柔性腿的腿長變化的傳動比和直線位移傳感器與柔性腿的腿長變化的傳動比；
[0008] 步驟二：將柔性片體等效為理想運動副，建立柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置的 等效模型，并以基座平臺為原點建立空間直角坐標(biāo)系；
[0009] 步驟三:求解運動平臺運動到目標(biāo)位置和姿態(tài);通過逆解的方法求解出各個柔性 腿的變化，進(jìn)而確定直線驅(qū)動電機的位移參數(shù)以及直線位移傳感器的反饋值；
[0010] 步驟四：根據(jù)各個柔性腿上直線位移傳感器反饋值，各個柔性腿上的直線驅(qū)動電 機執(zhí)行驅(qū)動位移的動作，循環(huán)此動作，直至直線位移傳感器反饋值進(jìn)入閾值范圍內(nèi)。
[0011] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的運動控制方法基于柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝 置，柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置中每個柔性腿內(nèi)部采用運動縮小機構(gòu)的并聯(lián)調(diào)整機 構(gòu)，每個柔性腿上的直線驅(qū)動電機與腿長變化的成一定比例，直線位移傳感器與腿長變化 的成一定比例，直線驅(qū)動電機作為驅(qū)動系統(tǒng)，直線位移傳感器作為反饋系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)和反 饋系統(tǒng)構(gòu)成了半閉環(huán)控制系統(tǒng);本發(fā)明適用于多組基于柔性片體的具有運動縮小或運動放 大作用的柔性腿并聯(lián)而成的機構(gòu)，工作效率高，調(diào)整快，定位精準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法中柔性六自由度 并聯(lián)精密調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法中柔性六自由度 并聯(lián)精密調(diào)整裝置的等效模型示意圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法中柔性六自由度 并聯(lián)精密調(diào)整裝置的另一等效模型示意圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法的流程圖；
[0016] 其中，1、運動平臺，2、基座平臺，3、柔性片體，4、直線驅(qū)動電機，5、直線位移傳感 器。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0018] 具體實施例一：
[0019] 參見附圖1、附圖2、附圖3和附圖4,本發(fā)明一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運 動控制方法，本發(fā)法所涉及的柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置包括運動平臺1、基座平臺2 和六個柔性腿;六個柔性腿分布在運動平臺1與基座平臺2之間；每個柔性腿的兩端分別設(shè) 有柔性片體3,且設(shè)有驅(qū)動柔性腿運動的直線驅(qū)動電機4以及用于檢測柔性柔性腿位移的直 線位移傳感器5;
[0020] 本方法包括以下步驟：
[0021] 步驟一:通過速度瞬心法或有限元分析法分別計算出電機與柔性腿的腿長變化的 傳動比和直線位移傳感器5與柔性腿的腿長變化的傳動比；
[0022] 步驟二:將柔性片體3等效為理想運動副，建立柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置的 等效模型，并以基座平臺2為原點建立空間直角坐標(biāo)系；
[0023] 步驟三:求解運動平臺1運動到目標(biāo)位置和姿態(tài);通過逆解的方法求解出各個柔性 腿的變化，進(jìn)而確定直線驅(qū)動電機4的位移參數(shù)以及直線位移傳感器5的反饋值；
[0024] 步驟四：根據(jù)各個柔性腿上直線位移傳感器5反饋值，各個柔性腿上的直線驅(qū)動電 機4執(zhí)行驅(qū)動位移的動作，循環(huán)此動作，直至直線位移傳感器5反饋值進(jìn)入閾值范圍內(nèi)。
[0025] 具體實施例二：
[0026] 本發(fā)明一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法，包括以下步驟：
[0027] 步驟一:通過速度瞬心法或有限元分析方法計算出各個柔性腿腿長的直線直線驅(qū) 動電機4的位移與柔性腿腿長長變化的傳動比以及直線位移傳感器5反饋值與腿長變化的 傳動比；
[0028]步驟二：：將柔性片體3等效為理想運動副，建立柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置 的等效模型，并以基座平臺2為原點建立空間直角坐標(biāo)系Xb〇YbZb，等效模型中A 1-A^B1-B6為 等效的萬向鉸，R為萬向鉸也-86的分布圓直徑，r為萬向鉸六 146的分布圓直徑，h為等效并聯(lián) 機構(gòu)模型運動平臺1的高度，1為等效并聯(lián)機構(gòu)模型的腿長；
[0029] 步驟三:求解運動平臺1運動到目標(biāo)位置和姿態(tài)，通過逆解的方法求解出各個柔性 腿的變化，進(jìn)而確定直線驅(qū)動電機4的驅(qū)動位移以及直線位移傳感器5的反饋值;其中逆解 算法為設(shè)運動平臺坐標(biāo)系原點沿基座平臺2坐標(biāo)系Xb0YbZb的Xb、Yb、Zb軸的移動量分別為x P、 yP、zP，繞Xb、Yb、Zb軸的轉(zhuǎn)動角度為分別為α、β、γ，得出逆解算的等式：
[0031] 其中：[r/ 為AcA6在基座平臺2坐標(biāo)系{B} =Ob-XbYbZb下的坐標(biāo)矢量， J4 & f SA1-A6在運動平臺1坐標(biāo)系{P}:Op-XpY pZp下的坐標(biāo)矢量，{P}:Op-XpYpZ p相 對于{B} =Ob-XbYbZb的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為R:
[0033]各支鏈長度Γ及變化量Δ1為:其中各支鏈長度指模型中等效的各腿長，并且是姿 態(tài)變化后的各等效腿長;變化量指的是各等效腿長相對于姿態(tài)沒變化之前的各腿長的變化 量。
[0035] Δ Ii=Ii^li
[0036] 步驟四：各個柔性腿的直線驅(qū)動電機4采集對應(yīng)的直線位移傳感器5的反饋值，若 反饋值進(jìn)入直線位移傳感器5的閾值范圍內(nèi)，直線驅(qū)動電機4停止驅(qū)動，否則根據(jù)當(dāng)前值與 目標(biāo)值之差，計算出直線驅(qū)動電機4還需要的驅(qū)動的位移并執(zhí)行，循環(huán)此動作，直至直線位 移傳感器5反饋值進(jìn)入閾值范圍內(nèi)，根據(jù)此方法依次驅(qū)動其余電機，從而完成對運動平臺1 精確定位。其中直線驅(qū)動電機還需要的驅(qū)動位移的計算方法如下：已知需要的姿態(tài)，然后解 算出各個腿長的變化量，再根據(jù)傳動比計算出直線驅(qū)動電機的驅(qū)動位移。
【主權(quán)項】
1. 一種柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置運動控制方法，本發(fā)法所涉及的柔性六自由度 并聯(lián)精密調(diào)整裝置包括運動平臺（1)、基座平臺（2)和六個柔性腿;六個柔性腿分布在運動 平臺（1)與基座平臺（2)之間;每個柔性腿的兩端分別設(shè)有柔性片體(3)，且設(shè)有驅(qū)動柔性腿 運動的直線驅(qū)動電機(4)以及用于檢測柔性柔性腿位移的直線位移傳感器(5);其特征在 于， 本方法包括以下步驟： 步驟一:通過速度瞬心法或有限元分析法分別計算出電機與柔性腿的腿長變化的傳動 比和直線位移傳感器(5)與柔性腿的腿長變化的傳動比； 步驟二:將柔性片體(3)等效為理想運動副，建立柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置的等 效模型，并以基座平臺（2)為原點建立空間直角坐標(biāo)系； 步驟三:求解運動平臺（1)運動到目標(biāo)位置和姿態(tài);通過逆解的方法求解出各個柔性腿 的變化，進(jìn)而確定各個柔性腿上的直線驅(qū)動電機(4)的位移參數(shù)以及直線位移傳感器(5)的 反饋值； 步驟四：根據(jù)各個柔性腿上直線位移傳感器(5)反饋值，各個柔性腿上的直線驅(qū)動電機 (4)執(zhí)行驅(qū)動位移的動作，循環(huán)此動作，直至直線位移傳感器(5)反饋值進(jìn)入閾值范圍內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明一種基于柔性片體的六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置的運動控制方法，屬于機械精密儀器控制領(lǐng)域，實現(xiàn)了使并聯(lián)精密調(diào)整裝置的運動平臺獲得準(zhǔn)確的位置和姿態(tài)；本發(fā)明的運動控制方法基于柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置，柔性六自由度并聯(lián)精密調(diào)整裝置中每個柔性腿內(nèi)部采用運動縮小機構(gòu)的并聯(lián)調(diào)整機構(gòu)，每個柔性腿上的直線驅(qū)動電機與腿長變化的成一定比例，直線位移傳感器與腿長變化的成一定比例，直線驅(qū)動電機作為驅(qū)動系統(tǒng)，直線位移傳感器作為反饋系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)構(gòu)成了半閉環(huán)控制系統(tǒng)；本發(fā)明適用于多組基于柔性片體的具有運動縮小或運動放大作用的柔性腿并聯(lián)而成的機構(gòu)，工作效率高，調(diào)整快，定位精準(zhǔn)。
【IPC分類】F16M11/04
【公開號】CN105508823
【申請?zhí)枴緾N201510962184
【發(fā)明人】郭本銀, 王麗萍, 謝耀, 王輝, 周烽, 金春水
【申請人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月21日