四自由度混联运动平台的控制方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种四自由度混联运动平台的控制方法、装置及系统，该方法包括：建立第一坐标系，其中，第一坐标系以底座的中心点O为原点，以第一线性驱动单元的安装方向为Z轴；获取高阶动平台绕第一坐标系的X轴旋转的旋转角度α、绕Y轴旋转的旋转角度β、绕Z轴旋转的旋转角度γ和沿Z轴移动的位移k；根据获取的旋转角度α、绕Y轴旋转的旋转角度β、旋转角度γ和位移k，得到第一线性驱动单元的运动状态参数、滑块的运动状态参数和旋转组件的旋转角度；利用第一线性驱动单元的运动状态参数、滑块的运动状态参数和旋转组件的旋转角度分别控制第一线性驱动单元、滑块和旋转组件的运动，实现了平台的四自由度运动。

Control method, device and system of four degree of freedom mixed motion platform

The invention discloses a four DOF hybrid motion platform control method, device and system. The method includes: a first coordinate system, the coordinate system of the center, the first base for the origin of O, with the first linear drive unit installation direction as Z axis; obtain displacement of high order k around the moving platform the coordinates of the X axis rotation angle around the Y axis rotation angle beta, around Z axis rotation angle gamma and moving along the Z axis; according to the rotation angle of the rotation angle around the alpha, beta, Y axis rotation angle gamma and displacement K, rotation motion state parameters and the rotating assembly motion state parameters, the slider a linear driving unit; rotation angle motion parameters, the slider motion state parameters using the first linear driving unit and the rotating assembly respectively first linear control The movement of the driving unit, the slide block and the rotating component, the four degree of freedom motion of the platform is realized.

【技术实现步骤摘要】
四自由度混联运动平台的控制方法、装置及系统
本专利技术涉及设备控制
，更具体地，涉及一种四自由度混联运动平台的控制方法、装置及系统。
技术介绍
虚拟现实(VirtualReality，简称VR)是当下最具吸引力的娱乐技术之一，旨在改变用户在电子游戏、视频应用甚至大型娱乐设施的体验。将VR技术与座椅结合在一起形成虚拟现实体验平台，是目前一项重要应用。目前，虚拟现实体验平台的控制方法主要运动学正解算法。运动学正解算法是通过各个驱动机构的运动量来推算出平台的空间姿态。运动学正解算法求解过程复杂，存在无数解且求解的方法各异，存在一定误差，加大控制的难度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种四自由度混联运动平台的控制方法的新技术方案。根据本专利技术的第一方面，提供了一种四自由度混联运动平台的控制方法，所述四自由度混联运动平台包括：底座、至少三个第一线性驱动单元、至少三个转动连接件、至少三个滑块、至少三个滑轨、低阶动平台、旋转组件和高阶动平台，所述第一线性驱动单元沿竖直方向安装在所述底座上，所述第一线性驱动单元的驱动输出端通过所述转动连接件与所述滑动块转动连接，所述滑轨安装在所述低阶动平台，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述旋转组件安装在所述低阶动平台和所述高阶动平台之间，所述高阶动平台通过所述旋转组件相对于所述低阶动平台作旋转运动，所述方法包括：建立第一坐标系，其中，所述第一坐标系以所述底座的中心点O为原点，以所述第一线性驱动单元的安装方向为Z轴；获取所述高阶动平台绕所述第一坐标系的X轴旋转的旋转角度α、绕Y轴旋转的旋转角度β、绕所述Z轴旋转的旋转角度γ和沿所述Z轴移动的位移k；根据绕所述X轴旋转的旋转角度α和绕所述Y轴旋转的旋转角度β，得到所述旋转角度α和旋转角度β对应的第一线性驱动单元的运动状态参数和滑块的运动状态参数；根据绕所述Z轴旋转的旋转角度γ，得到所述旋转组件绕所述Z轴的旋转角度；根据沿所述Z轴移动的位移k，得到所述位移k对应的第一线性驱动单元的运动状态参数和滑块的运动状态参数；根据得到的第一线性驱动单元的运动状态参数，控制所述第一线性驱动单元的运动，根据得到的滑块的运动状态参数，控制所述滑块的运动，以及根据所述旋转组件的旋转角度，控制所述旋转组件的运动。可选地，根据绕所述X轴旋转的旋转角度α和绕所述Y轴旋转的旋转角度β，得到所述第一线性驱动单元的运动状态参数和所述滑块的运动状态参数，包括：设所述滑轨与所述滑块接触表面的中心点为Al点，所述转动连接件的中心点为Bl点，所述滑轨与所述滑块接触表面的、与所述滑块滑动方向一致的中心线且远离所述低阶动平台的中心点的端点为Cl点，所述滑块与所述滑轨接触表面的中心点为Dl点；确定所述四自由度混联运动平台运动前所述第一坐标系中向量确定所述四自由度混联运动平台运动后所述第一坐标系中向量和向量且根据所述向量和所述向量得到向量根据所述向量与向量共线，向量与所述向量垂直，以及向量的模为常数的特性，利用所述向量和所述向量得到向量和向量根据向量确定所述第一线性驱动单元的运动状态参数，以及根据向量确定所述滑块的运动状态参数。可选地，确定所述四自由度混联运动平台运动后所述第一坐标系中向量和向量包括：建立第二坐标系，其中，所述第二坐标系以所述高阶动平台的中心点O1为原点，所述第二坐标系的Z1轴与所述Z轴平行；根据所述旋转角度α和所述旋转角度β，得到旋转矩阵R，其中，所述旋转矩阵R的表达式为：确定所述四自由度混联运动平台运动前所述第二坐标系中向量和向量根据所述旋转矩阵R，得到所述四自由度混联运动平台运动后所述第二坐标系中向量和向量利用所述向量所述向量和向量得到所述四自由度混联运动平台运动后所述第一坐标系中向量和向量可选地，确定出的所述向量的表达式为：确定出的所述向量的表达式为：根据所述旋转矩阵R，得到所述四自由度混联运动平台运动后所述第二坐标系中向量和向量其中，确定出的所述向量的表达式为：确定出所述向量的表达式为：利用所述向量所述向量和向量得到所述四自由度混联运动平台运动后所述第一坐标系中向量和向量其中，所述向量的表达式为：其中，d为在四自由度混联运动平台运动前所述O点与所述O1点之间的距离；确定出的所述向量的表达式为：确定出的所述向量的表达式为：可选地，所述向量与向量共线，向量与所述向量垂直，以及向量的模为常数的特性，利用所述向量和所述向量得到向量和向量包括：确定出的所述四自由度混联运动平台运动前所述第一坐标系中所述向量的表达式为：设定所述四自由度混联运动平台运动后向量的表达式为：其中，li为所述第一线性驱动单元的运动量，以及所述四自由度混联运动平台运动后向量的表达式为：根据所述向量和所述向量得到所述向量根据设定的所述向量和所述向量得到所述向量的表达式；根据所述向量与向量共线，向量与所述向量垂直，以及向量的模为常数的特性，得到设定的所述向量和所述向量中各参数的值。可选地，所述转动连接件为杆端关节轴承；所述杆端关节轴承的杆端与所述第一线性驱动单元的驱动输出端相连接，所述杆端关节轴承的关节轴承端与所述滑动块转动连接。可选地，所述旋转组件包括第二线性驱动单元、传动件和旋转件，其中，所述第二线性驱动单元安装在所述低阶动平台上，所述旋转件安装在所述低阶动平台和所述高阶动平台之间，所述第二线性驱动单元的驱动输出端被设置为通过所述传动件与所述高阶动平台相连接，以使得所述第二线性驱动单元驱动所述高阶动平台，所述高阶动平台通过所述旋转件相对于所述低阶动平台作旋转运动。可选地，所述旋转件为轴承。根据本专利技术的第二方面，提供了一种四自由度混联运动平台控制装置，所述四自由度混联运动平台包括：底座、至少三个第一线性驱动单元、至少三个转动连接件、至少三个滑块、至少三个滑轨、低阶动平台、旋转组件和高阶动平台，所述第一线性驱动单元沿竖直方向安装在所述底座上，所述第一线性驱动单元的驱动输出端通过所述转动连接件与所述滑动块转动连接，所述滑轨安装在所述低阶动平台，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述旋转组件安装在所述低阶动平台和所述高阶动平台之间，所述高阶动平台通过所述旋转组件相对于所述低阶动平台作旋转运动，所述控制装置包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行上述任一所述的方法。根据本专利技术的第三方面，提供了一种四自由度混联运动平台的控制系统，其特征在于，包括：四自由度混联运动平台和如上述所述的四自由度混联运动平台控制装置，其中，所述四自由度混联运动平台包括：底座、至少三个第一线性驱动单元、至少三个转动连接件、至少三个滑块、至少三个滑轨、低阶动平台、旋转组件和高阶动平台，所述第一线性驱动单元沿竖直方向安装在所述底座上，所述第一线性驱动单元的驱动输出端通过所述转动连接件与所述滑动块转动连接，所述滑轨安装在所述低阶动平台，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述旋转组件安装在所述低阶动平台和所述高阶动平台之间，所述高阶动平台通过所述旋转组件相对于所述低阶动平台作旋转运动。根据本专利技术的一个实施例，通过获取的高阶动平台绕第一坐标系的X轴旋转的旋转角度α、绕Y轴旋转的旋转角度β、绕Z轴旋转的旋转角度γ和沿Z轴移动的位移k，得到第一线性驱动单元的运动状态参数、滑块的运动状态参数和旋转组件的旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四自由度混联运动平台的控制方法，所述四自由度混联运动平台包括：底座、至少三个第一线性驱动单元、至少三个转动连接件、至少三个滑块、至少三个滑轨、低阶动平台、旋转组件和高阶动平台，所述第一线性驱动单元沿竖直方向安装在所述底座上，所述第一线性驱动单元的驱动输出端通过所述转动连接件与所述滑动块转动连接，所述滑轨安装在所述低阶动平台，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述旋转组件安装在所述低阶动平台和所述高阶动平台之间，所述高阶动平台通过所述旋转组件相对于所述低阶动平台作旋转运动，其特征在于，所述方法包括：建立第一坐标系，其中，所述第一坐标系以所述底座的中心点O为原点，以所述第一线性驱动单元的安装方向为Z轴；获取所述高阶动平台绕所述第一坐标系的X轴旋转的旋转角度α、绕Y轴旋转的旋转角度β、绕所述Z轴旋转的旋转角度γ和沿所述Z轴移动的位移k；根据绕所述X轴旋转的旋转角度α和绕所述Y轴旋转的旋转角度β，得到所述旋转角度α和旋转角度β对应的第一线性驱动单元的运动状态参数和滑块的运动状态参数；根据绕所述Z轴旋转的旋转角度γ，得到所述旋转组件绕所述Z轴的旋转角度；根据沿所述Z轴移动的位移k，得到所述位移k对应的第一线性驱动单元的运动状态参数和滑块的运动状态参数；根据得到的第一线性驱动单元的运动状态参数，控制所述第一线性驱动单元的运动，根据得到的滑块的运动状态参数，控制所述滑块的运动，以及根据所述旋转组件的旋转角度，控制所述旋转组件的运动。...

【技术特征摘要】
1.一种四自由度混联运动平台的控制方法，所述四自由度混联运动平台包括：底座、至少三个第一线性驱动单元、至少三个转动连接件、至少三个滑块、至少三个滑轨、低阶动平台、旋转组件和高阶动平台，所述第一线性驱动单元沿竖直方向安装在所述底座上，所述第一线性驱动单元的驱动输出端通过所述转动连接件与所述滑动块转动连接，所述滑轨安装在所述低阶动平台，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述旋转组件安装在所述低阶动平台和所述高阶动平台之间，所述高阶动平台通过所述旋转组件相对于所述低阶动平台作旋转运动，其特征在于，所述方法包括：建立第一坐标系，其中，所述第一坐标系以所述底座的中心点O为原点，以所述第一线性驱动单元的安装方向为Z轴；获取所述高阶动平台绕所述第一坐标系的X轴旋转的旋转角度α、绕Y轴旋转的旋转角度β、绕所述Z轴旋转的旋转角度γ和沿所述Z轴移动的位移k；根据绕所述X轴旋转的旋转角度α和绕所述Y轴旋转的旋转角度β，得到所述旋转角度α和旋转角度β对应的第一线性驱动单元的运动状态参数和滑块的运动状态参数；根据绕所述Z轴旋转的旋转角度γ，得到所述旋转组件绕所述Z轴的旋转角度；根据沿所述Z轴移动的位移k，得到所述位移k对应的第一线性驱动单元的运动状态参数和滑块的运动状态参数；根据得到的第一线性驱动单元的运动状态参数，控制所述第一线性驱动单元的运动，根据得到的滑块的运动状态参数，控制所述滑块的运动，以及根据所述旋转组件的旋转角度，控制所述旋转组件的运动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据绕所述X轴旋转的旋转角度α和绕所述Y轴旋转的旋转角度β，得到所述第一线性驱动单元的运动状态参数和所述滑块的运动状态参数，包括：设所述滑轨与所述滑块接触表面的中心点为Al点，所述转动连接件的中心点为Bl点，所述滑轨与所述滑块接触表面的、与所述滑块滑动方向一致的中心线且远离所述低阶动平台的中心点的端点为Cl点，所述滑块与所述滑轨接触表面的中心点为Dl点；确定所述四自由度混联运动平台运动前所述第一坐标系中向量确定所述四自由度混联运动平台运动后所述第一坐标系中向量和向量且根据所述向量和所述向量得到向量根据所述向量与向量共线，向量与所述向量垂直，以及向量的模为常数的特性，利用所述向量和所述向量得到向量和向量根据向量确定所述第一线性驱动单元的运动状态参数，以及根据向量确定所述滑块的运动状态参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述四自由度混联运动平台运动后所述第一坐标系中向量和向量包括：建立第二坐标系，其中，所述第二坐标系以所述高阶动平台的中心点O1为原点，所述第二坐标系的Z1轴与所述Z轴平行；根据所述旋转角度α和所述旋转角度β，得到旋转矩阵R，其中，所述旋转矩阵R的表达式为：确定所述四自由度混联运动平台运动前所述第二坐标系中向量和向量根据所述旋转矩阵R，得到所述四自由度混联运动平台运动后所述第二坐标系中向量和向量利用所述向量所述向量和向量得到所述四自由度混联运动平台运动后所述第一坐标系中向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元江，聂丽萍，熊明，李全海，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37