直线电机驱动的平面二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直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置及方法，所述装置包括并联机构本体、检测单元和控制单元，并联机构本体包括动平台、被动运动支链和两个主动运动支链；被动运动支链包括第一支架、第一一级杆、第二一级杆、第一二级杆、第二二级杆和横向连杆，每个主动运动支链包括直线电机模组、第二支架、第一主动杆和第二主动杆；动平台外形为等边三角形，其第一边与被动运动支链连接，第二边与其中一个主动运动支链连接，第三边与另一个主动运动支链连接。本发明专利技术通过设计三个运动支链，且其中两个通过直线电机直接驱动主动杆来控制动平台的运动，具有控制精度高、结构简单、响应快、刚性好的优点，具有很好的工业实用性。

Planar two degree of freedom parallel mechanism control device and method driven by linear motor

The invention discloses a linear motor driven planar two DOF parallel mechanism control device and method, which comprises a parallel mechanism body, detection unit and control unit, parallel mechanism comprises a movable platform, passive kinematic chains and two active limbs; by moving chain which comprises a first bracket, a first class bar the 21 level, two level of the first rod, rod, the 22 level transverse rod and the connecting rod, each active branch consists of linear motor module, second bracket, the first driving rod and second active members; the moving platform is in the shape of an equilateral triangle shape, is connected to the first side and the second side chain and passive movement, one of the active movement the third branched chain connected with another active branched chain connection. The invention adopts the three movement and one of the two branches, through the linear motor directly drives a driving rod to control the motion of the moving platform, has the advantages of simple structure, high control precision, fast response, good rigidity, has good practicability.

【技术实现步骤摘要】
直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置及方法
本专利技术涉及一种并联机构控制装置，尤其是一种直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置及方法，属于平面机构的运动控制领域。
技术介绍
目前，随着技术的发展，制造业的自动化水平越来越高，意味着机器人装置在工业生产领域的应用将越来越多，越来越多的机器人装置被用于工业生产，为了提高生产效率和产品质量，对机器人装置的速度和精度要求也越来越高。传统的机器人装置多采用电机加减速器或液压驱动等驱动方式，电机加减速器的驱动方式往往会带来较大的内部摩擦、转动惯量提升、齿侧间隙等无法避免的问题，减速器中的摩擦、齿侧间隙、弹性变形会造成非线性，导致机器人装置的控制带宽与可操作性都不理想，难以满足高速度、高精度的要求，液压驱动也存在可靠性差、维护保养困难的缺点。
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，提供了一种直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，该装置通过设计三个运动支链，并且其中两个运动支链通过直线电机直接驱动主动杆来控制动平台的运动，具有控制精度高、结构简单、响应快、刚性好的优点，具有很好的工业实用性。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二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：直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，包括并联机构本体、检测单元和控制单元，所述并联机构本体包括动平台、被动运动支链和两个主动运动支链；所述被动运动支链包括第一支架、第一一级杆、第二一级杆、第一二级杆、第二二级杆和横向连杆，第一一级杆和第二一级杆的一端分别与第一支架转动连接，第一一级杆的另一端与第一二级杆的一端转动连接，第二一级杆的的另一端与第二二级杆的一端转动连接，第一一级杆和第一二级杆的连接处与第二一级杆和第二二级杆的连接处通过横向连杆连接；每个主动运动支链包括直线电机模组、第二支架、第一主动杆和第二主动杆，所述直线电机模组带动第二支架直线移动，第一主动杆和第二主动杆的一端分别与第二支架转动连接；所述动平台外形为等边三角形，动平台的第一边与被动运动支链的第一二级杆和第二二级杆另一端转动连接，第二边与其中一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端转动连接，第三边与另一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端转动连接；所述检测单元包括第一角位移传感器、第二角位移传感器、位移传感器和加速度传感器，所述第一角位移传感器设置在第一支架上，所述第二角位移传感器设置在第一二级杆上，所述位移传感器设置在直线电机模组上，所述加速度传感器设置在动平台上；所述控制单元分别与第一角位移传感器、第二角位移传感器、位移传感器、加速度传感器和直线电机模组分别连接。进一步的，所述直线电机模组包括直线电机、导轨、第一垫块和连接块，所述直线电机与导轨平行布置，直线电机的动子与导轨的滑块位于同一水平面上，所述导轨固定在第一垫块上，所述连接块固定在导轨的滑块上，并与直线电机的动子固定连接，所述第二支架固定在连接块上；所述位移传感器包括磁栅尺和磁栅读数头，所述磁栅尺贴在第一垫块的侧边，所述磁栅读数头安装在连接块上。进一步的，所述动平台的三边上均设有两个孔，动平台第一边的两个孔分别通过第一转轴与被动运动支链的第一二级杆和第二二级杆另一端铰接，第二边的两个孔分别通过第二转轴与其中一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端铰接，第三边的两个孔分别通过第三转轴与另一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端铰接。进一步的，所述第一一级杆的一端通过第四转轴与第一支架铰接，第一一级杆的另一端通过第五转轴与第一二级杆的一端铰接；所述第二一级杆的一端通过第六转轴与第一支架铰接，所述第二一级杆的的另一端通过第七转轴与第二二级杆的一端铰接，所述横向连杆的两端分别与第五转轴、第七转轴连接；所述第一主动杆的一端通过第八转轴与第二支架铰接，所述第二主动杆的一端通过第九转轴与第二支架铰接。进一步的，所述第一角位移传感器为第一码盘，所述第一码盘通过第三支架固定在第一支架上，且第一码盘的轴通过第一联轴器与第四转轴连接；所述第二角位移传感器为第二码盘，所述第二码盘通过第四支架固定在第一二级杆上，且第二码盘的轴通过第二联轴器与第五转轴连接。进一步的，所述第一支架上设有带孔的第一耳件和第二耳件，所述第一耳件上的孔通过第四转轴与第一一级杆的一端铰接，所述第二耳件上的孔通过第六转轴与第二一级杆的一端铰接；所述第二支架上设有带孔的第三耳件和第四耳件，所述第三耳件上的孔通过第八转轴与第一主动杆的一端铰接，所述第四耳件上的孔通过第九转轴与第二主动杆的一端铰接。进一步的，对于被动运动支链，所述第一一级杆和第二一级杆的长度相同，所述第一二级杆和第二二级杆的长度相同，第一支架的两个耳件上的孔轴心之间的距离与动平台第一边的两个孔轴心之间的距离相同；所述第一支架的两个耳件上的孔轴心之间的连线、第一一级杆、第二一级杆和横向连杆构成第一平行四边形结构，所述横向连杆、第一二级杆、第二二级杆和动平台第一边的两个孔轴心之间的连线构成第二平行四边形结构；对于其中一个主动运动支链，第一主动杆和第二主动杆的长度相同，第二支架的两个耳件上的孔轴心之间的距离与动平台第二边的两个孔轴心之间的距离相同；所述第二支架的两个耳件上的孔轴心之间的连线、第一主动杆、第二主动杆和动平台第二边的两个孔轴心之间的连线构成第三平行四边形结构；对于另一个主动运动支链，第一主动杆和第二主动杆的长度相同，第二支架的两个耳件上的孔轴心之间的距离与动平台第三边的两个孔轴心之间的距离相同；所述第二支架的两个耳件上的孔轴心之间的连线、第一主动杆、第二主动杆和动平台第三边的两个孔轴心之间的连线构成第四平行四边形结构。进一步的，所述并联机构本体还包括静平台，所述静平台包括基板，基板的底部设有四个支撑脚，每两个相邻的支撑脚之间安装一横向支架；所述第一支架通过第二垫块固定在静平台的基板上，所述直线电机和第一垫块平行固定在静平台的基板上。进一步的，所述控制单元包括计算机、运动控制卡、端子板和直线电机伺服驱动单元，所述计算机与运动控制卡连接，所述运动控制卡集成了A/D转换和脉冲计数功能，并与端子板连接，所述端子板分别第一角位移传感器、第二角位移传感器、位移传感器、加速度传感器和直线电机伺服驱动单元连接，所述直线电机伺服驱动单元与直线电机连接；所述加速度传感器测量动平台在水平面上沿两个方向的加速度信号，所述第一角位移传感器测量第一一级杆相对于第一支架的角位移信号，所述第二角位移传感器测量第一二级杆相对于第一一级杆的角位移信号，加速度信号和角位移信号通过端子板输入到运动控制卡进行A/D转换得到数字信号，由计算机对数字信号进行处理得到动平台的反馈信号；所述位移传感器测量直线电机动子的位移信号，位移信号通过端子板输入到运动控制卡进行脉冲计数得到数字信号，由计算机对数字信号进行处理得到直线电机的输出信号；计算机根据动平台的反馈信号和直线电机的输出信号，得到控制信号，控制信号通过运动控制卡、端子板输入到直线电机伺服驱动单元，控制直线电机的输出，实现对动平台的运动控制。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二自由度并联机构控制方法，所述方法包括以下步骤：步本文档来自技高网...

【技术保护点】
直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，其特征在于：包括并联机构本体、检测单元和控制单元，所述并联机构本体包括动平台、被动运动支链和两个主动运动支链；所述被动运动支链包括第一支架、第一一级杆、第二一级杆、第一二级杆、第二二级杆和横向连杆，第一一级杆和第二一级杆的一端分别与第一支架转动连接，第一一级杆的另一端与第一二级杆的一端转动连接，第二一级杆的的另一端与第二二级杆的一端转动连接，第一一级杆和第一二级杆的连接处与第二一级杆和第二二级杆的连接处通过横向连杆连接；每个主动运动支链包括直线电机模组、第二支架、第一主动杆和第二主动杆，所述直线电机模组带动第二支架直线移动，第一主动杆和第二主动杆的一端分别与第二支架转动连接；所述动平台外形为等边三角形，动平台的第一边与被动运动支链的第一二级杆和第二二级杆另一端转动连接，第二边与其中一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端转动连接，第三边与另一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端转动连接；所述检测单元包括第一角位移传感器、第二角位移传感器、位移传感器和加速度传感器，所述第一角位移传感器设置在第一支架上，所述第二角位移传感器设置在第一二级杆上，所述位移传感器设置在直线电机模组上，所述加速度传感器设置在动平台上；所述控制单元分别与第一角位移传感器、第二角位移传感器、位移传感器、加速度传感器和直线电机模组分别连接。...

【技术特征摘要】
1.直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，其特征在于：包括并联机构本体、检测单元和控制单元，所述并联机构本体包括动平台、被动运动支链和两个主动运动支链；所述被动运动支链包括第一支架、第一一级杆、第二一级杆、第一二级杆、第二二级杆和横向连杆，第一一级杆和第二一级杆的一端分别与第一支架转动连接，第一一级杆的另一端与第一二级杆的一端转动连接，第二一级杆的的另一端与第二二级杆的一端转动连接，第一一级杆和第一二级杆的连接处与第二一级杆和第二二级杆的连接处通过横向连杆连接；每个主动运动支链包括直线电机模组、第二支架、第一主动杆和第二主动杆，所述直线电机模组带动第二支架直线移动，第一主动杆和第二主动杆的一端分别与第二支架转动连接；所述动平台外形为等边三角形，动平台的第一边与被动运动支链的第一二级杆和第二二级杆另一端转动连接，第二边与其中一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端转动连接，第三边与另一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端转动连接；所述检测单元包括第一角位移传感器、第二角位移传感器、位移传感器和加速度传感器，所述第一角位移传感器设置在第一支架上，所述第二角位移传感器设置在第一二级杆上，所述位移传感器设置在直线电机模组上，所述加速度传感器设置在动平台上；所述控制单元分别与第一角位移传感器、第二角位移传感器、位移传感器、加速度传感器和直线电机模组分别连接。2.根据权利要求1所述的直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述直线电机模组包括直线电机、导轨、第一垫块和连接块，所述直线电机与导轨平行布置，直线电机的动子与导轨的滑块位于同一水平面上，所述导轨固定在第一垫块上，所述连接块固定在导轨的滑块上，并与直线电机的动子固定连接，所述第二支架固定在连接块上；所述位移传感器包括磁栅尺和磁栅读数头，所述磁栅尺贴在第一垫块的侧边，所述磁栅读数头安装在连接块上。3.根据权利要求1所述的直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述动平台的三边上均设有两个孔，动平台第一边的两个孔分别通过第一转轴与被动运动支链的第一二级杆和第二二级杆另一端铰接，第二边的两个孔分别通过第二转轴与其中一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端铰接，第三边的两个孔分别通过第三转轴与另一个主动运动支链的第一主动杆和第二主动杆另一端铰接。4.根据权利要求3所述的直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述第一一级杆的一端通过第四转轴与第一支架铰接，第一一级杆的另一端通过第五转轴与第一二级杆的一端铰接；所述第二一级杆的一端通过第六转轴与第一支架铰接，所述第二一级杆的的另一端通过第七转轴与第二二级杆的一端铰接，所述横向连杆的两端分别与第五转轴、第七转轴连接；所述第一主动杆的一端通过第八转轴与第二支架铰接，所述第二主动杆的一端通过第九转轴与第二支架铰接。5.根据权利要求4所述的直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述第一角位移传感器为第一码盘，所述第一码盘通过第三支架固定在第一支架上，且第一码盘的轴通过第一联轴器与第四转轴连接；所述第二角位移传感器为第二码盘，所述第二码盘通过第四支架固定在第一二级杆上，且第二码盘的轴通过第二联轴器与第五转轴连接。6.根据权利要求4所述的直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置，其特征在于：所述第一支架上设有带孔的第一耳件和第二耳件，所述第一耳件上的孔通过第四转轴与第一一级杆的一端铰接，所述第二耳件上的孔通过第六转轴与第二一级杆的一端铰接；所述第二支架上设有带孔的第三耳件和第四耳件，所述第三耳件上的孔通过第八转轴与第一主动杆的一端铰接，所述第四耳件上的孔通过第九转轴与第二主动杆的一端铰接。7.根据权利要求6所述的直线电机驱动的平面二自由度并联机构控制装置...

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