一种电动六自由度运动平台高精度控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于机电一体化与驱动控制技术领域，公开了一种电动六自由度运动平台高精度控制系统和控制方法，控制系统包括嵌入式控制器、实时以太网总线网络和驱动器；嵌入式控制器通过实时以太网总线网络向驱动器传送控制指令，电动缸连接伺服电机，驱动器直接驱动伺服电机，由伺服电机驱动电动缸伸缩运动，实现六自由度运动平台运动。本发明专利技术控制实时性高，各支路运动同步性好，还具有可靠性高、结构简约、扩展灵活、易于维护等优点；基于灵活的软件设计平台不仅能实现运动模拟，还能实现高精度多自由度定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机电一体化与驱动控制
，尤其属于并联机器人高精度协同控制技术，具体涉及。
技术介绍
六自由度运动平台能够实现垂直、横向、纵向、俯仰、滚转、偏航等六个自由度的运动，在高精度姿态调整、自动装配对接、随动补偿、运动模拟、并联机器人等领域有着非常广阔的应用前景。从目前的研宄现状来看，专利文献CN200820004705.0中公开了一种“大负载六自由度电动平台，专利文献CN201020245593.5中公开了一种“六自由度机电运动平台”，两份文献均涉及到六自由度运动平台及其控制系统，但主要内容是平台的组成结构和动力驱动系统硬件设计，不涉及平台控制方法是如何实现的，所以本专利技术致力于平台控制方法的研宄，提出一种新的控制策略。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是:提供，简化结构，提高控制精度。( 二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种电动六自由度运动平台高精度控制系统，所述六自由度运动平台包括上平台、下平台、六支电动缸及连接上、下平台的运动铰链；所述控制系统包括嵌入式控制器、实时以太网总线网络和驱动器；所述嵌入式控制器与驱动器之间通过基于实时以太网总线网络协议的网线连接，实现嵌入式控制器与驱动器之间的高速双向通讯；所述驱动器的数量与电动缸的数量相同，一个驱动器对应一个电动缸形成一个驱动支路；所述嵌入式控制器通过实时以太网总线网络向驱动器传送控制指令，电动缸连接伺服电机，驱动器直接驱动伺服电机，由伺服电机驱动电动缸伸缩运动，实现六自由度运动平台运动。其中，所述嵌入式控制器有人机输入和输出接口，可连接键盘、鼠标、显示器，实现人机交互界面；所述键盘和鼠标用于控制指令的人工手动输入，显示器用于对六自由度运动平台的位置姿态和故障情况进行监控、输入输出。其中，所述六自由度运动平台各驱动支路中，电动缸和驱动器之间有动力电源线和编码器反馈线连接，六自由度运动平台的位置信息反馈通过编码器反馈线反馈至嵌入式控制器，进一步通过显示器进行监控。其中，所述电动缸行程两端极限位置分别安装一个限位开关，将到位信号直接反馈给嵌入式控制器开关量输入，控制电动缸行程超限。本专利技术还提供了一种电动六自由度运动平台高精度控制方法，其包括以下步骤:首先，通过人工输入或调用工作文件的方式给定平台的目标位姿，嵌入式控制器根据平台目标位姿和当前位姿在平台工作空间进行运动轨迹在线规划；然后，在平台运动过程中进行实时插补运算和运动学反解运算，计算出连接上、下平台的运动铰链所在关节空间的控制矢量，控制矢量包括位移和速度；接下来，嵌入式控制器将各驱动支路的控制矢量通过实时以太网总线网络发送给驱动器，驱动器内部集成了单驱动支路的闭环控制算法，驱动器根据目标参数，自行完成各轴电动缸的伺服闭环控制算法，使平台按照规划的轨迹运动到目标位姿；同时，平台各驱动支路的运动参数由驱动器反馈至嵌入式控制器，由显示器实现平台实时位姿的监控显示。其中，所述平台按照规划的轨迹运动到目标位姿为实时运动控制任务，其设置为高优先级任务；所述平台位姿的监控显示设置为低优先级任务，该低优先级任务任务周期为高优先级任务任务周期的若干倍。其中，所述实时运动控制任务的过程为:初始化，读取人工输入或文件输入命令，对命令解释转换为系统可识别的指令；接下来确定是否需要运动，将与运动有关的轴和闸就位，就位成功之后，再确认可以运动，进行轨迹规划，获得位移、速度、加速度之间的函数关系，在平台工作空间进行实时插补子程序，确定平台实时运动控制任务中每个任务周期的目标控制序列，再接着进行反解运算，获得关节空间中的控制矢量，实行轴控制，插补子程序是持续进行的，随着轴的运动边走边算，轨迹完成，插补结束，结束程序则轴使能取消，抱闸，程序不需要结束则循环控制。其中，所述平台的点到点位姿变化的轨迹规划过程为:首先确定轨迹起点和位姿终点，计算规划路径长度，计算运动总时间、规划加速段时间和减速段时间；然后判断运动总时间是否过短，过短的话则不设置匀速段，只设置加速段和减速段，此时总时间就等于加减速段时间和；总时间不短时，则设置加速段、匀速段和减速段，调用五次多项式系数计算规划加速段、减速段曲线。其中，所述平台的实时位姿通过运动学正解的方法求得，具体采用数值迭代法或实时迭代跟踪法实现。(三)有益效果上述技术方案所提供的电动六自由度运动平台高精度控制系统及控制方法，控制系统为基于工业实时以太网的硬件体系结构，实时性高，各支路运动同步性好，还具有可靠性高、结构简约、扩展灵活、易于维护等优点；根据软件实时性和代码计算量的区别，将程序分成优先级和周期不同的两个任务:实时运动控制程序和监控显示程序；轨迹在线规划算法可对平台运动的位移、速度和速度进行实时规划，使平台运行轨迹平滑稳定，定位精度高；基于灵活的软件设计平台不仅能实现运动模拟，还能实现高精度多自由度定位。【附图说明】图1为本专利技术实施例电动六自由度运动平台高精度控制系统的硬件组成原理图；图2为本专利技术实施例电动六自由度运动平台高精度控制方法的控制原理图；图3为本专利技术实施例电动六自由度运动平台实时运动控制主程序逻辑线路图；图4为本专利技术实施例电动六自由度运动平台控制方法中轨迹规划子程序流程图；图5为本专利技术实施例电动六自由度运动平台控制方法中正解迭代算法流程图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细描述。参照图1所示，本实施例中的六自由度运动平台台体为Stewart构型并联机构，采用全电驱动方式，包括上平台、下平台、6支电动缸及连接上、下平台的运动铰链。基于上述六自由度运动平台的结构，本实施例平台控制系统硬件采用基于工业实时以太网的多轴伺服系统方案，硬件组成原理见图1所示，具体地，所述控制系统包括嵌入式控制器、实时以太网总线网络和驱动器；所述嵌入式控制器与驱动器之间通过基于实时以太网总线网络协议的网线连接，实现嵌入式控制器与驱动器之间的高速双向通讯；所述驱动器的数量与所述六自由度运动平台中电动缸的数量相同，一个驱动器对应一个电动缸形成一个驱动支路；所述嵌入式控制器通过实时以太网总线网络向驱动器传送控制指令，电动缸连接伺服电机，驱动器直接驱动伺服电机，由伺服电机驱动电动缸伸缩运动，实现六自由度运动平台运动。其中，嵌入式控制器有人机输入和输出接口，可连接键盘、鼠标、显示器，方便开发良好的人机交互界面。键盘和鼠标用于控制指令的人工手动输入，显示器用于对六自由度运动平台的位置姿态和故障情况进行监控、输入输出。六自由度运动平台各驱动支路中，电动缸和驱动器之间有动力电源线和编码器反馈线连接，六自由度运动平台的位置信息反馈通过编码器反馈线反馈至嵌入式控制器，进一步通过显示器进行监控。为了保护电动缸，在电动缸行程两端极限位置分别安装一个限位开关，将到位信号直接反馈给嵌入式控制器开关量输入，控制电动缸行程超限，用于控制过程出现异常时的辅助保护，即触及限位开关时，给出反馈信号。本实施例控制系统是一种多轴高速实时控制系统，6个轴的伺服控制周期可设定在Ims以下，平台各驱动支路的协调控制建立在此优越的硬件性能基础上，且该系统硬件组成结构紧凑，接线简单，可靠性高。基于上述电动六自由度运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动六自由度运动平台高精度控制系统，所述六自由度运动平台包括上平台、下平台、六支电动缸及连接上、下平台的运动铰链；其特征在于，所述控制系统包括嵌入式控制器、实时以太网总线网络和驱动器；所述嵌入式控制器与驱动器之间通过基于实时以太网总线网络协议的网线连接，实现嵌入式控制器与驱动器之间的高速双向通讯；所述驱动器的数量与电动缸的数量相同，一个驱动器对应一个电动缸形成一个驱动支路；所述嵌入式控制器通过实时以太网总线网络向驱动器传送控制指令，电动缸连接伺服电机，驱动器直接驱动伺服电机，由伺服电机驱动电动缸伸缩运动，实现六自由度运动平台运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕应明，陈茂田，赵春海，
申请(专利权)人：北京特种机械研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11