气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置及方法，所述装置包括平面三自由度并联机构本体和控制组件；平面三自由度并联机构本体包括动平台和三个并联驱动控制分支，动平台为三角盘，外形为等边三角形，设有第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器和单轴角速度传感器；每个并联驱动控制分支包括气液缸和直线位移传感器，气液缸由气液联动控制单元驱动，直线位移传感器固定在气液缸上，直线位移传感器的伸杆和气液缸的活塞杆均与动平台转动连接；控制组件分别与气液联动控制单元、第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器、单轴角速度传感器和直线位移传感器连接。本发明专利技术具有传动平稳，阻尼大，易于改制调节的特点。

Device and method for controlling planar three degree of freedom parallel mechanism driven by gas-liquid cylinder

The invention discloses a gas-liquid cylinder driven planar three DOF parallel mechanism control device and method, which comprises three DOF parallel plane body and the control component; three DOF planar parallel mechanism comprises a movable platform and three parallel drive control branch, moving platform for triangular plate, shape of an equilateral triangle first, a single axis acceleration sensor, second single axis accelerometers and single axis angular velocity sensor; driving control branch including hydraulic cylinder and linear displacement sensor each parallel, hydraulic cylinder by the gas-liquid linkage control unit drives, linear displacement sensor is fixed on the hydraulic cylinder, the linear displacement sensor rod and the hydraulic cylinder piston rod with the moving platform control module respectively and rotatably connected; pneumatic control unit, the first single axis accelerometer, second uniaxial loading Speed sensor, single axis angular velocity sensor and linear displacement sensor. The invention has the advantages of stable transmission, large damping and easy adjustment and regulation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种平面三自由度并联机构控制装置，尤其是一种气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置及方法，属于平面并联运动平台

技术介绍
并联运动平台因其具有承载能力大、刚度好、精度高以及结构简单等特点被广泛应用在科学和工程领域。并联机器人主要指由并联机构组成的机器人或者由并联机构和串联机构共同组成的机器人，而并联机构是若干个自由度末端执行器与固定基座通过两条或两条以上的独立运动支链相连的机构。并联机器人则由两个平台和若干独立运动支链组成，应用应设计不同的驱动方式来满足机器人的工作要求。目前并联机器人的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置等。气动驱动的有点事节能、无污染、高速高效和易于控制的特点，液压驱动具有较大的功率重量比、结构简单紧凑、刚性好、可实现任意位置的开停、能在很大调整范围内实现无极调速等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，该装置在每个并联驱动控制分支的气液缸上固定一个直线位移传感器，直线位移传感器检测所对应气液缸的位移信息，同时采用两个单轴加速度传感器和一个单轴角速度传感器采集动平台三个自由度的信息，测量精度高，可以获得动平台的动态特性，并通过气液联动控制单元驱动气液缸，具有传动平稳，阻尼大，易于改制调节的特点，气、液结合能更好的提高机构的精度。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述装置的平面三自由度并联机构控制方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，包括平面三自由度并联机构本体和控制组件；所述平面三自由度并联机构本体包括动平台和三个并联驱动控制分支，所述动平台为三角盘，外形为等边三角形，动平台上设有第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器和单轴角速度传感器，所述第一单轴加速度传感器和第二单轴加速度传感器的检测轴线相垂直，所述单轴角速度传感器的检测轴线垂直于动平台平面；每个并联驱动控制分支包括气液缸和直线位移传感器，所述气液缸由气液联动控制单元驱动，所述直线位移传感器固定在气液缸上，直线位移传感器的伸杆和气液缸的活塞杆均与动平台的一个边角处转动连接；所述控制组件分别与气液联动控制单元、第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器、单轴角速度传感器和直线位移传感器连接。作为一种优选方案，所述气液联动控制单元包括PCM阀组、第一换向阀、第二换向阀、第一液压开关阀、第二液压开关阀、液压节流阀、第一驱动气源、第二驱动气源、背压气源和气液转换器；所述PCM阀组由多个开关阀和节流阀串联组成，所述第一换向阀和第二换向阀分别与气液缸的两个气腔连接，所述第一驱动气源与第一换向阀连接，所述第二驱动气源与第二换向阀连接，所述背压气源分别与PCM阀组、第一换向阀和第二换向阀连接；所述第一液压开关阀与气液缸的油腔连接，所述液压节流阀的一端与气液缸的油腔连接，另一端与第二液压开关阀连接，所述第二液压开关阀分别与第一液压开关阀、气液转换器连接，所述气液转换器与气液缸的一个气腔连接。作为一种优选方案，所述控制组件包括计算机、A/D转换卡和I/O控制卡，所述计算机分别与A/D转换卡和I/O控制卡连接，所述A/D转换卡分别与第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器和单轴角速度传感器连接，所述I/O控制卡与PCM阀组连接；第一单轴加速度传感器检测的加速度信号、第二单轴加速度传感器检测的加速度信号、单轴角速度传感器检测的旋转角速度信号和直线位移传感器检测的位移信号经过A/D转换卡进行模数转换后得到数字信号，数字信号输入计算机，计算机根据输入的数字信号，得到反馈控制信号，反馈控制信号经过I/O控制卡输出相应的开关控制量，开关控制量输入到PCM阀组。作为一种优选方案，所述气液联动控制单元包括气动比例阀、第一换向阀、第二换向阀、第一液压开关阀、第二液压开关阀、液压节流阀、第一驱动气源、第二驱动气源、背压气源和气液转换器；所述第一换向阀和第二换向阀分别与气液缸的两个气腔连接，所述第一驱动气源与第一换向阀连接，所述第二驱动气源与第二换向阀连接，所述背压气源分别与气动比例阀、第一换向阀和第二换向阀连接；所述第一液压开关阀与气液缸的油腔连接，所述液压节流阀的一端与气液缸的油腔连接，另一端与第二液压开关阀连接，所述第二液压开关阀分别与第一液压开关阀、气液转换器连接，所述气液转换器与气液缸的一个气腔连接。作为一种优选方案，所述控制组件包括计算机、A/D转换卡和D/A转换卡，所述计算机分别与A/D转换卡和D/A转换卡连接，所述A/D转换卡分别与第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器和单轴角速度传感器连接，所述D/A转换卡与气动比例阀连接；第一单轴加速度传感器检测的加速度信号、第二单轴加速度传感器检测的加速度信号、单轴角速度传感器检测的旋转角速度信号和直线位移传感器检测的位移信号经过A/D转换卡进行模数转换后得到数字信号，数字信号输入计算机，计算机根据输入的数字信号，得到反馈控制信号，反馈控制信号经过D/A转换卡进行数模转换后得到模拟信号，模拟信号输入到气动比例阀。作为一种优选方案，所述动平台的几何中心位置上固定有传感器盒，所述第一单轴加速度传感器和第二单轴加速度传感器分别固定在传感器盒两个相互垂直的侧面上，所述单轴角速度传感器固定在传感器盒的上平面。作为一种优选方案，所述直线位移传感器通过固定架固定在气液缸上，直线位移传感器的伸杆上设有鱼眼万向节；所述气液缸包括左端盖、中间端盖、右端盖、气腔缸筒、油腔缸筒、活塞、活塞杆和排气孔，所述左端盖、气腔缸筒、中间端盖、油腔缸筒和右端盖依次连接，所述左端盖上设有第一气腔，所述中间端盖上设有第二气腔，所述右端盖上设有油腔，所述排气孔设置在油腔缸筒上，所述第一气腔和第二气腔与气腔缸筒相连通，所述油腔与油腔缸筒相连通，所述活塞与活塞杆的一端连接，活塞杆的另一端伸出右端盖，并设有活塞连接件，所述活塞杆带动活塞在气腔缸筒和油腔缸筒之间移动；所述鱼眼万向节和活塞连接件通过第一转轴与动平台的一个边角处转动连接。作为一种优选方案，所述平面三自由度并联平台本体还包括静平台，所述静平台由若干不同长度的铝型材和基板组成，静平台的底部具有四个支撑脚，四个支撑脚围成的平面上设有一支撑板；所述气液缸在远离活塞杆的一端设有固定耳环，所述固定耳环通过第二转轴与静平台连接，所述第二转轴的底座固定在静平台上。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：基于上述装置的平面三自由度并联机构控制方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、根据动平台的工作要求，获得动平台中心点在工作空间运行的轨迹和姿态，考虑该动平台的具体几何尺寸并通过运动学逆解，得到三个并联驱动控制分支的气液缸所需运行的位移、速度和加速度轨迹；步骤二、三个并联驱动控制分支的直线位移传感器检测所对应气液缸的位移信号，第一单轴加速度传感器检测动平台在水平面上沿X轴方向的加速度信号，第二单轴加速度传感器检测动平台在水平面上沿Y轴方向的加速度信号，单轴角速度传感器检测动平台在水平面上的旋转角速度信号，所检测的信号经过A/D转换卡进行模数转换后得到数字信号，数字信号输入计算机，计算机将输入的数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，其特征在于：包括平面三自由度并联机构本体和控制组件；所述平面三自由度并联机构本体包括动平台和三个并联驱动控制分支，所述动平台为三角盘，外形为等边三角形，动平台上设有第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器和单轴角速度传感器，所述第一单轴加速度传感器和第二单轴加速度传感器的检测轴线相垂直，所述单轴角速度传感器的检测轴线垂直于动平台平面；每个并联驱动控制分支包括气液缸和直线位移传感器，所述气液缸由气液联动控制单元驱动，所述直线位移传感器固定在气液缸上，直线位移传感器的伸杆和气液缸的活塞杆均与动平台的一个边角处转动连接；所述控制组件分别与气液联动控制单元、第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器、单轴角速度传感器和直线位移传感器连接。

【技术特征摘要】
1.气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，其特征在于：包括平面三自由度并联机构本体和控制组件；所述平面三自由度并联机构本体包括动平台和三个并联驱动控制分支，所述动平台为三角盘，外形为等边三角形，动平台上设有第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器和单轴角速度传感器，所述第一单轴加速度传感器和第二单轴加速度传感器的检测轴线相垂直，所述单轴角速度传感器的检测轴线垂直于动平台平面；每个并联驱动控制分支包括气液缸和直线位移传感器，所述气液缸由气液联动控制单元驱动，所述直线位移传感器固定在气液缸上，直线位移传感器的伸杆和气液缸的活塞杆均与动平台的一个边角处转动连接；所述控制组件分别与气液联动控制单元、第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器、单轴角速度传感器和直线位移传感器连接。2.根据权利要求1所述的气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述气液联动控制单元包括PCM阀组、第一换向阀、第二换向阀、第一液压开关阀、第二液压开关阀、液压节流阀、第一驱动气源、第二驱动气源、背压气源和气液转换器；所述PCM阀组由多个开关阀和节流阀串联组成，所述第一换向阀和第二换向阀分别与气液缸的两个气腔连接，所述第一驱动气源与第一换向阀连接，所述第二驱动气源与第二换向阀连接，所述背压气源分别与PCM阀组、第一换向阀和第二换向阀连接；所述第一液压开关阀与气液缸的油腔连接，所述液压节流阀的一端与气液缸的油腔连接，另一端与第二液压开关阀连接，所述第二液压开关阀分别与第一液压开关阀、气液转换器连接，所述气液转换器与气液缸的一个气腔连接。3.根据权利要求2所述的气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述控制组件包括计算机、A/D转换卡和I/O控制卡，所述计算机分别与A/D转换卡和I/O控制卡连接，所述A/D转换卡分别与第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器和单轴角速度传感器连接，所述I/O控制卡与PCM阀组连接；第一单轴加速度传感器检测的加速度信号、第二单轴加速度传感器检测的加速度信号、单轴角速度传感器检测的旋转角速度信号和直线位移传感器检测的位移信号经过A/D转换卡进行模数转换后得到数字信号，数字信号输入计算机，计算机根据输入的数字信号，得到反馈控制信号，反馈控制信号经过I/O控制卡输出相应的开关控制量，开关控制量输入到PCM阀组。4.根据权利要求1所述的气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述气液联动控制单元包括气动比例阀、第一换向阀、第二换向阀、第一液压开关阀、第二液压开关阀、液压节流阀、第一驱动气源、第二驱动气源、背压气源和气液转换器；所述第一换向阀和第二换向阀分别与气液缸的两个气腔连接，所述第一驱动气源与第一换向阀连接，所述第二驱动气源与第二换向阀连接，所述背压气源分别与气动比例阀、第一换向阀和第二换向阀连接；所述第一液压开关阀与气液缸的油腔连接，所述液压节流阀的一端与气液缸的油腔连接，另一端与第二液压开关阀连接，所述第二液压开关阀分别与第一液压开关阀、气液转换器连接，所述气液转换器与气液缸的一个气腔连接。5.根据权利要求4所述的气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述控制组件包括计算机、A/D转换卡和D/A转换卡，所述计算机分别与A/D转换卡和D/A转换卡连接，所述A/D转换卡分别与第一单轴加速度传感器、第二单轴加速度传感器和单轴角速度传感器连接，所述D/A转换卡与气动比例阀连接；第一单轴加速度传感器检测的加速度信号、第二单轴加速度传感器检测的加速度信号、单轴角速度传感器检测的旋转角速度信号和直线位移传感器检测的位移信号经过A/D转换卡进行模数转换后得到数字信号，数字信号输入计算机，计算机根据输入的数字信号，得到反馈控制信号，反馈控制信号经过D/A转换卡进行数模转换后得到模拟信号，模拟信号输入到气动比例阀。6.根据权利要求1-5任一项所述的气液缸驱动的平面三自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述动平台的几何中心位置上固定有传感器盒，所述第一单轴加速度传感器和第二单轴加速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，李泽洲，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44