摆动气缸驱动的三自由度柔性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摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置及方法，所述装置包括三自由度柔性并联机构本体和控制组件；三自由度柔性并联机构本体包括动平台和三个并联驱动控制分支；动平台外形为等边三角形，设有三轴加速度传感器和角速度传感器；每个并联驱动控制分支包括摆动气缸、刚性主动杆和柔性从动杆，摆动气缸、刚性主动杆、柔性从动杆和动平台依次连接；摆动气缸由气动控制回路驱动，其输出轴通过联轴器连接一光电编码器，柔性从动杆上设有压电传感器和压电驱动器；控制组件分别与气动控制回路、光电编码器、三轴加速度传感器、角速度传感器、压电传感器和压电驱动器连接。本发明专利技术可快速、准确、平稳到达指定工作位置并实现反馈调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三自由度柔性并联机构控制装置，尤其是一种摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置及方法，属于平面三自由度并联机器人装置及控制研究领域。
技术介绍
并联机器人是包含并联机构的机器人，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。并联机器人包含两个平台，即动平台与静平台(也称定平台)，静平台固定在基座上或连接到另一台机器人的末端执行器上，动平台相对静平台运动。两平台之间由两条或两条以上的支链相连。它具有两个或两个以上自由度，且驱动器一般分布在与静平台相连的一端上(以并联方式驱动)。静平台基座负责支撑安装作用，动平台三角盘通过柔性臂和刚性臂二者组合连接与静平台形成连接关系。在这种系统中，动平台的作用则是系统运行的体现，通过连杆带动动平台实现所需运动轨迹或是工作空间，并利用动平台检测自身运动，通过后台的工控计算机处理完成对自身运动的修正。并联机构多采用交流伺服电动机作为驱动动力源，交流伺服电动机具有速度控制特性良好、高速控制、可实现恒力矩及惯量低等优点，但其控制复杂，连线较多。而气动控制的优势在于结构简单，价格便宜，同时优秀的摆动气缸设计同样可以实现良好的角度调整，同时摆动气缸还具有摆动速度可调性高，可以适应低速到高速大范围选速。故选用合适的摆动气缸同样可以达到相应的实验要求。实际生产中，柔性臂作为驱动臂的应用越来越广泛，而其弹性变形对整个系统运动的影响也越来越严重，减少乃至消除其运动中变形越来越重要。而在设计中，通过三端同时输入转矩，可以有效地抵消其弹性变形。本文中通过选用合适的摆动气缸，构建良好的工作空间，来探讨一种柔性臂气动驱动的并联机构的变形振动消除控制方案。因此，研究一种具有良好工作空间和运动轨迹的柔性并联机构控制装置具有重要意义。
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，提供了一种摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置，该装置合理布置了摆动气缸的位置以及刚性主动杆和柔性从动杆的连接关系，使得柔性从动杆具有良好的运动轨迹和较大的工作空间，并在工作中保证运行的平稳性和一定的精度，以实现快速、准确、平稳地到达指定工作位置并实现反馈调节。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述装置的三自由度柔性并联机构控制方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置，包括三自由度柔性并联机构本体和控制组件；所述三自由度柔性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，动平台上设有三轴加速度传感器和角速度传感器；每个并联驱动控制分支包括摆动气缸、刚性主动杆和柔性从动杆，所述刚性主动杆的一端与摆动气缸的转盘连接，刚性主动杆的另一端与柔性从动杆的一端转动连接，所述柔性从动杆的另一端与动平台的一个边角处转动连接；所述摆动气缸由气动控制回路驱动，摆动气缸的输出轴通过联轴器连接一光电编码器，所述柔性从动杆上设有压电传感器和压电驱动器；所述控制组件分别与气动控制回路、光电编码器、三轴加速度传感器、角速度传感器、压电传感器和压电驱动器连接。作为一种优选方案，所述气动控制回路包括气泵、气动三联件和气动比例方向控制阀，所述气泵通过气动三联件与气动比例方向控制阀连接，所述气动比例方向控制阀分别与摆动气缸的两个气腔连接；所述气动三联件由空气过滤器、气动减压阀和油雾分离器组装在一起，并带有一个压力表。作为一种优选方案，所述控制组件包括工控计算机、脉冲计数电路、A/D转换元件、D/A转换元件、电压放大器和电荷放大器，所述工控计算机分别与脉冲计数电路、A/D转换元件和D/A转换元件连接，所述A/D转换元件通过电荷放大器与压电传感器连接，并与三轴加速度传感器、角速度传感器连接，所述D/A转换元件通过电压放大器与压电驱动器连接，并与气动比例方向控制阀连接；三轴加速度传感器检测的加速度信号和角速度传感器检测的角速度信号经过A/D转换元件进行模数转换后得到数字信号，数字信号输入到工控计算机；光电编码器检测的角位移信号经过脉冲计数电路进行脉冲计数处理后得到数字信号，数字信号输入到工控计算机；工控计算机根据三轴加速度传感器、角速度传感器和光电编码器检测的信号得到运动控制的控制信号，控制信号经过D/A转换元件转换为模拟信号后输入到气动比例方向控制阀，从而控制摆动气缸的摆动；压电传感器检测的振动信号经过电荷放大器和A/D转换元件处理后输入到工控计算机，工控计算机根据压电传感器检测的信号，输出相应的电压值，经过D/A转换元件和电压放大器后输入到压电驱动器，从而控制柔性从动杆的振动。作为一种优选方案，所述脉冲计数电路、A/D转换元件和D/A转换元件集成在一运动控制器上。作为一种优选方案，所述气动比例方向控制阀还连接两个消声器。作为一种优选方案，所述刚性主动杆的一端通过法兰与摆动气缸的转盘连接，刚性主动杆的另一端通过第一转轴与柔性从动杆的一端转动连接，所述柔性从动杆的另一端通过第二转轴与动平台的一个边角处转动连接。作为一种优选方案，所述压电传感器和压电驱动器均有两个，两个压电传感器和两个压电驱动器均粘贴在柔性从动杆的横向中心线上，且一个压电传感器和一个压电驱动器位于靠近柔性从动杆一端的位置上，另一个压电传感器和另一个压电驱动器位于靠近柔性从动杆另一端的位置上，两个压电传感器关于柔性从动杆的几何中心对称，两个压电驱动器也关于柔性从动杆的几何中心对称。作为一种优选方案，所述三自由度柔性并联机构本体还包括静平台，所述静平台由若干不同长度的铝型材和基板组成，三个并联驱动控制分支的摆动气缸以对称分布的形式固定在静平台上。作为一种优选方案，所述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。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：基于上述装置的三自由度柔性并联机构控制方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、三轴加速度传感器检测动平台运动时在水平面的两个垂直方向加速度信号，角速度传感器检测动平台运动时绕垂直于平面轴线旋转的角速度信号；步骤二、加速度信号和角速度信号经过A/D转换元件进行模数转换后得到数字信号，数字信号输入到工控计算机；步骤三、压电传感器检测柔性从动杆的振动信号，经过电荷放大器和A/D转换元件处理后输入到工控计算机，工控计算机根据压电传感器检测的信号，输出相应的电压值，经过D/A转换元件和电压放大器后输入到压电驱动器，以抑制柔性从动杆的柔性变形与振动；步骤四、光电编码器检测摆动气缸的运动角位移，角位移信号经过脉冲计数电路进行脉冲计数处理后得到数字信号，数字信号输入到工控计算机；步骤五、工控计算机根据步骤二和步骤四得到的数字信号，运行控制算法，计算得出运动控制的控制信号，控制信号经过D/A转换元件转换为模拟信号后输入到气动比例方向控制阀，控制摆动气缸的转动方向和位移，调节气动比例方向控制阀的换向和进排气流量，控制摆动气缸的摆动方向和速度，从而控制动平台运动达到期望的位置和姿态。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术采用了外形为等边三角形的动平台和三个并联驱动控制分支，每个并联驱动控制分支在摆动气缸的作用下，通过刚性主动杆与柔性从动杆相结合控制动平台运动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置，其特征在于：包括三自由度柔性并联机构本体和控制组件；所述三自由度柔性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，动平台上设有三轴加速度传感器和角速度传感器；每个并联驱动控制分支包括摆动气缸、刚性主动杆和柔性从动杆，所述刚性主动杆的一端与摆动气缸的转盘连接，刚性主动杆的另一端与柔性从动杆的一端转动连接，所述柔性从动杆的另一端与动平台的一个边角处转动连接；所述摆动气缸由气动控制回路驱动，摆动气缸的输出轴通过联轴器连接一光电编码器，所述柔性从动杆上设有压电传感器和压电驱动器；所述控制组件分别与气动控制回路、光电编码器、三轴加速度传感器、角速度传感器、压电传感器和压电驱动器连接。

【技术特征摘要】
1.摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置，其特征在于：包括三自由度柔性并联机构本体和控制组件；所述三自由度柔性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，动平台上设有三轴加速度传感器和角速度传感器；每个并联驱动控制分支包括摆动气缸、刚性主动杆和柔性从动杆，所述刚性主动杆的一端与摆动气缸的转盘连接，刚性主动杆的另一端与柔性从动杆的一端转动连接，所述柔性从动杆的另一端与动平台的一个边角处转动连接；所述摆动气缸由气动控制回路驱动，摆动气缸的输出轴通过联轴器连接一光电编码器，所述柔性从动杆上设有压电传感器和压电驱动器；所述控制组件分别与气动控制回路、光电编码器、三轴加速度传感器、角速度传感器、压电传感器和压电驱动器连接。2.根据权利要求1所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置，其特征在于：所述气动控制回路包括气泵、气动三联件和气动比例方向控制阀，所述气泵通过气动三联件与气动比例方向控制阀连接，所述气动比例方向控制阀分别与摆动气缸的两个气腔连接；所述气动三联件由空气过滤器、气动减压阀和油雾分离器组装在一起，并带有一个压力表。3.根据权利要求2所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置，其特征在于：所述控制组件包括工控计算机、脉冲计数电路、A/D转换元件、D/A转换元件、电荷放大器和电压放大器，所述工控计算机分别与脉冲计数电路、A/D转换元件和D/A转换元件连接，所述A/D转换元件通过电荷放大器与压电传感器连接，并与三轴加速度传感器、角速度传感器连接，所述D/A转换元件通过电压放大器与压电驱动器连接，并与气动比例方向控制阀连接；三轴加速度传感器检测的加速度信号和角速度传感器检测的角速度信号经过A/D转换元件进行模数转换后得到数字信号，数字信号输入到工控计算机；光电编码器检测的角位移信号经过脉冲计数电路进行脉冲计数处理后得到数字信号，数字信号输入到工控计算机；工控计算机根据三轴加速度传感器、角速度传感器和光电编码器检测的信号得到运动控制的控制信号，控制信号经过D/A转换元件转换为模拟信号后输入到气动比例方向控制阀，从而控制摆动气缸的摆动；压电传感器检测的振动信号经过电荷放大器和A/D转换元件处理后输入到工控计算机，工控计算机根据压电传感器检测的信号，输出相应的电压值，经过D/A转换元件和电压放大器后输入到压电驱动器，从而控制柔性从动杆的振动。4.根据权利要求3所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置，其特征在于：所述脉冲计数电路、A/D转换元件和D/A转换元件集成在一运动控制器上。...

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