一种新型六自由度并联平台的主从控制装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及机器人主从控制技术领域，具体公开了新型六自由度并联平台的主从控制装置，包括生成鼠标运动增量信息的三维鼠标、读取与处理鼠标运动增量信息的计算机、用于控制六自由度并联平台的运动控制器。本发明专利技术又公开了新型六自由度并联平台的主从控制系统，如上所述的主从控制装置、采集与分析子系统和驱动控制子系统；本发明专利技术又公开了新型六自由度并联平台的主从控制方法，包括以下步骤：三维鼠标生成鼠标运动增量信息；读取与处理鼠标运动增量信息；将鼠标运动增量信息转换为平台位姿增量信息；将平台位姿增量信息解算为驱动指令。本发明专利技术实现了机器人在未知环境中的在线路径规划，使开发难度低，操作自然，响应及时，实现远程的实时遥控操作。

Master-Slave Control Device, System and Method for a New Type of 6-DOF Parallel Platform

The invention relates to the technical field of master-slave control for robots, and specifically discloses a master-slave control device for a new six-degree-of-freedom parallel platform, including a three-dimensional mouse for generating mouse motion increment information, a computer for reading and processing mouse motion increment information, and a motion controller for controlling a six-degree-of-freedom parallel platform. The invention also discloses the master-slave control system of the new six-degree-of-freedom parallel platform, the master-slave control device, the acquisition and analysis subsystem and the drive control subsystem as described above, and the master-slave control method of the new six-degree-of-freedom parallel platform, including the following steps: generating mouse motion increment information by three-dimensional mouse; reading and processing mouse motion increment information; Mouse motion incremental information is transformed into platform posture incremental information, and platform posture incremental information is solved as driving instructions. The invention realizes the online path planning of the robot in an unknown environment, makes the development difficult, the operation natural, the response timely, and realizes the remote real-time remote control operation.

【技术实现步骤摘要】
一种新型六自由度并联平台的主从控制装置、系统及方法
本专利技术涉及机器人主从控制
，具体涉及一种新型六自由度并联平台的主从控制装置、系统及方法。
技术介绍
六自由度并联平台具有空间内6个运动自由度，可以完成复杂的任务指令，同时其兼具高刚度、高精度、大负载的特点，被广泛应用于运动模拟、装配、检测等领域。主从式机器人控制，即在机器人控制中引入主手设备，机器人作为从手，通过人操控主手间接控制机器人的方式，这种控制方式充分利用了人的智慧，是未知环境中机器人的主要控制方式。目前，六自由度并联平台的控制有两种方式，一种是基于离线路径规划，即机器人根据预先给定的位姿点数据进行运动的方式；另一种为基于在线路径规划，即机器人根据实时调整的位姿进行运动的方式，这种方式当前主要通过人机交互界面或者特种运动输入设备实现。采用离线路径规划一般只适用于已知作业环境，而对于未知环境，如若采用机器人完全自主在线规划，需要引入各类传感器以及复杂的控制算法，这无疑增加了机器人的成本以及开发难度。基于人机交互界面的在线六自由度并联平台控制具有操作不自然，响应不及时的问题，基于特种运动输入设备的六自由度并联平台在线控制存在开发难度大，成本高的问题。而且现有的六自由度并联平台的控制多为现场近距离控制，无法达到远程操控。
技术实现思路
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提出一种新型六自由度并联平台的主从控制装置、系统及方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下的技术方案：一种新型六自由度并联平台的主从控制装置连接并控制六自由度并联平台，该主从控制装置包括三维鼠标、计算机、运动控制器；所述计算机分别与三维鼠标、运动控制器连接，运动控制器又与六自由度并联平台连接；所述三维鼠标作为主从控制的主控制器，用于生成使所述六自由度并联平台于六个运动自由度内实现空间运动的鼠标运动增量信息，并将该鼠标运动增量信息传送给计算机；六个运动自由度分别为前后平移过程的自由度、左右平移过程的自由度、上下平移过程的自由度、旋转过程的自由度、侧倾过程的自由度、俯仰过程的自由度；所述计算机用于读取与处理三维鼠标的鼠标运动增量信息，根据一增量映射规则将鼠标运动增量信息转换为控制所述六自由度并联平台的平台位姿增量信息，并将平台位姿增量信息发送至运动控制器；所述运动控制器用于控制六自由度并联平台于六个运动自由度内实现空间运动。进一步地，所述六自由度并联平台包括动平台、静平台和六个伺服驱动模块；所述伺服驱动模块包括驱动器、伺服电机和电动缸；驱动器分别与运动控制器、伺服电机连接；伺服电机驱动电动缸；所述电动缸一端与动平台连接，其另一端与静平台连接，静平台保持固定，运动控制器通过改变六个电动缸的长度实现动平台的位置与姿态的变化。进一步地，所述计算机通过USB数据线与三维鼠标进行通信连接；所述计算机通过以太网与运动控制器进行通信连接；所述运动控制器通过以太网与六自由度并联平台连接。进一步地，所述计算机采用Ethernet协议与运动控制器进行通信；运动控制器采用Ethercat协议与驱动器进行通信。一种新型六自由度并联平台的主从控制系统连接并控制六自由度并联平台，该主从控制系统包括如上所述的新型六自由度并联平台的主从控制装置、运行于计算机内的采集与分析子系统和运行于运动控制器内的驱动控制子系统；所述采集与分析子系统用于采集与分析三维鼠标对应六个运动自由度的鼠标运动增量信息，并将分析结果传送给运动控制器；所述驱动控制子系统用于接收计算机的平台位姿增量信息，根据坐标变换原理将平台位姿增量信息解算为控制六个电动缸运动距离的驱动指令，并与驱动器进行实时通信。进一步地，所述采集与分析子系统包括三维鼠标运动采集模块、增量映射模块、第一通讯模块；所述三维鼠标运动采集模块用于通过采集三维鼠标对应六个运动自由度的鼠标运动增量信息，并对采集数据进行平滑滤波处理；所述增量映射模块用于将采集到的鼠标运动增量信息按一增量映射规则转换成控制所述六自由度并联平台的平台位姿增量信息；所述第一通讯模块用于通过以太网将平台位姿增量信息传送给运动控制器。进一步地，所述驱动控制子系统包括运动学反解模块、第二通讯模块；所述运动学反解模块用于根据坐标变换原理将平台位姿增量信息解算为控制六个电动缸运动距离的驱动指令，并与驱动器进行实时通信；所述第二通讯模块用于接收计算机的平台位姿增量信息。一种新型六自由度并联平台的主从控制方法包括以下步骤：S1，三维鼠标生成鼠标运动增量信息，并将该鼠标运动增量信息传送给计算机；该鼠标运动增量信息使所述六自由度并联平台于六个运动自由度内实现空间运动；S2，计算机读取与处理所述鼠标运动增量信息；S3，计算机根据一增量映射规则将鼠标运动增量信息转换为控制所述六自由度并联平台的平台位姿增量信息，并将平台位姿增量信息传送给运动控制器；S4，运动控制器根据坐标变换原理将平台位姿增量信息解算为控制六个电动缸运动距离的驱动指令，并与驱动器进行实时通信从而实现六自由度并联平台跟随三维鼠标实时运动。进一步地，于S2中，计算机基于加权的递推均值数字对鼠标运动增量信息进行平滑滤波处理。进一步地，于S3中，所述增量映射规则是计算机根据公式ΔPs＝k·ΔPm按比例进行映射，其中，ΔPm为三维鼠标的鼠标运动增量向量，ΔPs为六自由度并联平台对应六个运动自由度的平台位姿增量向量，k为主从控制之间对应六个运动自由度的映射比例，即六自由度并联平台的最大运动范围与三维鼠标的最大运动范围之间的比值。本专利技术的有益效果为：本专利技术的一种新型六自由度并联平台的主从控制装置、系统及方法，采用主从控制实现六自由度并联平台的控制，充分利用人的决策能力，实现机器人在未知环境中的在线路径规划；本专利技术采用通用三维鼠标作为六自由度并联平台的运动输入，使开发难度低，操作自然，响应及时；本专利技术采用基于Ethernet和Ethercat通信协议的通信方式，实现远程的实时遥控操作。附图说明图1为本专利技术的一种新型六自由度并联平台的主从控制装置的结构示意图；图2为本专利技术涉及的六自由度并联平台的结构示意图；图3为本专利技术的一种新型六自由度并联平台的主从控制系统的结构示意图；图4为本专利技术的一种新型六自由度并联平台的主从控制方法的工作流程图。附图标记说明：1、六自由度并联平台；2、三维鼠标；3、计算机；4、运动控制器；11、动平台；12、静平台；13、伺服驱动模块；131、驱动器；132、伺服电机；133、电动缸；31、采集与分析子系统；41、驱动控制子系统；311、三维鼠标运动采集模块；312、增量映射模块；313、第一通讯模块；411、运动学反解模块；412、第二通讯模块。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型六自由度并联平台的主从控制装置，其特征在于，连接并控制六自由度并联平台，该主从控制装置包括三维鼠标、计算机、运动控制器；所述计算机分别与三维鼠标、运动控制器连接，运动控制器又与六自由度并联平台连接；所述三维鼠标作为主从控制的主控制器，用于生成使所述六自由度并联平台于六个运动自由度内实现空间运动的鼠标运动增量信息，并将该鼠标运动增量信息传送给计算机；六个运动自由度分别为前后平移过程的自由度、左右平移过程的自由度、上下平移过程的自由度、旋转过程的自由度、侧倾过程的自由度、俯仰过程的自由度；所述计算机用于读取与处理三维鼠标的鼠标运动增量信息，根据一增量映射规则将鼠标运动增量信息转换为控制所述六自由度并联平台的平台位姿增量信息，并将平台位姿增量信息发送至运动控制器；所述运动控制器用于控制六自由度并联平台于六个运动自由度内实现空间运动。

【技术特征摘要】
1.一种新型六自由度并联平台的主从控制装置，其特征在于，连接并控制六自由度并联平台，该主从控制装置包括三维鼠标、计算机、运动控制器；所述计算机分别与三维鼠标、运动控制器连接，运动控制器又与六自由度并联平台连接；所述三维鼠标作为主从控制的主控制器，用于生成使所述六自由度并联平台于六个运动自由度内实现空间运动的鼠标运动增量信息，并将该鼠标运动增量信息传送给计算机；六个运动自由度分别为前后平移过程的自由度、左右平移过程的自由度、上下平移过程的自由度、旋转过程的自由度、侧倾过程的自由度、俯仰过程的自由度；所述计算机用于读取与处理三维鼠标的鼠标运动增量信息，根据一增量映射规则将鼠标运动增量信息转换为控制所述六自由度并联平台的平台位姿增量信息，并将平台位姿增量信息发送至运动控制器；所述运动控制器用于控制六自由度并联平台于六个运动自由度内实现空间运动。2.根据权利要求1所述的新型六自由度并联平台的主从控制装置，其特征在于，所述六自由度并联平台包括动平台、静平台和六个伺服驱动模块；所述伺服驱动模块包括驱动器、伺服电机和电动缸；驱动器分别与运动控制器、伺服电机连接；伺服电机驱动电动缸；所述电动缸一端与动平台连接，其另一端与静平台连接，静平台保持固定，运动控制器通过改变六个电动缸的长度实现动平台的位置与姿态的变化。3.根据权利要求1所述的新型六自由度并联平台的主从控制装置，其特征在于，所述计算机通过USB数据线与三维鼠标进行通信连接；所述计算机通过以太网与运动控制器进行通信连接；所述运动控制器通过以太网与六自由度并联平台连接。4.根据权利要求1所述的新型六自由度并联平台的主从控制装置，其特征在于，所述计算机采用Ethernet协议与运动控制器进行通信；运动控制器采用Ethercat协议与驱动器进行通信。5.一种新型六自由度并联平台的主从控制系统，连接并控制六自由度并联平台，其特征在于，该主从控制系统包括如权利要求书2所述的新型六自由度并联平台的主从控制装置、运行于计算机内的采集与分析子系统和运行于运动控制器内的驱动控制子系统；所述采集与分析子系统用于采集与分析三维鼠标对应六个运动自由度的鼠标运动增量信息，并将分析结果传送给运动控制器；所述驱动控制子系统用于接收计算机的平台位姿增量...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭云鹏，张弓，王卫军，侯至丞，肖洪午，王力，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，深圳市中科德睿智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44