一种三自由度并联机构控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三自由度并联机构控制方法，用于其特征是，包括如下步骤：1）先建立平台机构，所述平台机构包括静平台和动平台，在所述静平台上建立固定坐标系，在所述动平台上建立动坐标系，初始状态时动坐标系在静平台上的投影与固定坐标系重合，坐标轴满足右手定则；2）根据平台的机械参数和用户的工作要求，通过运动学反解求出不同位姿对应的三个电动缸杆长；3）计算不同杆长对应的时间；4）将三个杆长变化量和时间变化量设置为数组，通过多轴运动控制器控制电动缸连续运动实现动平台欧拉角输出，实现运动模拟。优点：硬件结构简单，减少中间环节，可靠性高；控制算法实现容易，具有较好的推广价值。

A control method of three degree of freedom parallel mechanism

The invention discloses a three degree of freedom parallel mechanism control method, which includes the following steps: 1) the platform mechanism is set up first, the platform mechanism includes the static platform and the moving platform, the fixed coordinate system is set up on the static platform, the moving coordinate system is set up on the moving platform, and the dynamic coordinate system is in the initial state. The projection on the static platform coincides with the fixed coordinate system, the coordinate axis meets the right rule of the right hand; 2) according to the mechanical parameters of the platform and the user's work requirements, three electric cylinder lengths corresponding to different positions and positions are obtained by inverse kinematics solution; 3) calculation of the time corresponding to the length of different rods; 4) to set the length variation and time variation of three rods. The multi axis motion controller is used to control the continuous movement of the electric cylinder to realize the Euler angle output of the moving platform and realize the motion simulation. Advantages: the hardware structure is simple, the intermediate links are reduced, the reliability is high, the control algorithm is easy to realize, and has good popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度并联机构控制方法
本专利技术涉及一种三自由度并联机构控制方法，属于并联机构控制

技术介绍
运动模拟平台是机械电子行业典型的产品，最早应用于军事领域，随着工业制造业的进步，近年来在各个领域都得到发展，在机械自动化行业有广阔的前景和科研价值。在物理样机生产前或投入应用前，往往要进行各种模拟实验，用来确定在不同状况下模拟平台在各个方面的性能特点，以此来得到产品的最佳实现方案。和以前的其他实验相比，运动模拟平台的应用降低了成本、增加安全性、周期短以及不受天气环境影响等，在探索性实验方面具有无法比拟的优势。并联机构具有结构稳定紧凑、刚度好、承载能力强、响应快等优点，而且工作空间小，无累积误差，精度较高。结合对运动模拟平台的参数要求和其本身的特点，当前大多数的运动平台都采用并联方式，比较常见的有三自由度、六自由度等多种形式。21世纪后，对六自由度运动平台的研究日趋成熟，而三自由度运动平台研究还不充分。3-RPS并联机构作为一个结构复杂、多参数、多自由度的系统，控制方法十分复杂。并联机构的控制方式一般有两种：集中式控制和分布式控制。在集中式控制系统中，多采用一台高速高功能的微型计算机和相应的控制卡来实现全部控制功能的方式；在分布式控制系统中，多采用上位机、下位机两级计算机控制，下位机采用多台直接控制计算机实现对机器人机构的直接控制和驱动，其处理速度和功能要求较低，上位机多采用高性能计算机实现机器人机构的运动规划、监控、仿真等功能。上述两种方式都存在硬件成本高，结构复杂等问题；在软件方面也存在控制算法实现困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种三自由度并联机构控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种三自由度并联机构控制方法，用于其特征是，包括如下步骤：1)先建立平台机构，所述平台机构包括静平台和动平台，在所述静平台上建立固定坐标系，在所述动平台上建立动坐标系，初始状态时动坐标系在静平台上的投影与固定坐标系重合，坐标轴满足右手定则；2)根据平台的机械参数和用户的工作要求，通过运动学反解求出不同位姿对应的三个电动缸杆长；3)计算不同杆长对应的时间；4)将三个杆长变化量和时间变化量设置为数组，通过多轴运动控制器控制电动缸连续运动实现动平台欧拉角输出，实现运动模拟。进一步的，所述平台机构包括静平台(8)和设在静平台(8)上方的动平台(1)，静平台(8)和动平台(1)均为圆形，动平台(1)和静平台(8)之间通过三条支链连接，每个支链(14)主要由球副(11)、移动副(12)和转动副(13)组成，球副(11)连接移动副(12)和动平台(1)，转动副(13)连接移动副(12)和静平台(8)，所述球副用于实现动平台在任意方向摆动，所述移动副是整个机器人的主动件，也是控制系统的控制对象，所述转动副用于限制电动缸只能沿垂直于转动副转轴方向的摆动。进一步的，所述球副采用球铰(3)，所述移动副(12)主要由一个电动缸(4)、用于驱动电动缸运动的伺服电机(5)以及用于降低伺服电机速度的减速器(6)组成，所述转动副(13)采用铰链(7)，所述动平台(1)上设有三个固定点，每个固定点(2)均通过球铰(3)连接电动缸(4)，所述铰链(7)在静平台(8)上铰接，铰链(7)的活动端与移动副(12)连接；所述静平台上三个转动副(13)的铰接点A1、A2、A3组成一个正三角形，其外接圆半径设为R，所述固定坐标系(10)建立在静平台上，三角形A1A2A3的中心O为固定坐标系(10)的坐标原点，OA1为坐标系的x轴，正方向由O指向A1；Z轴为过O点垂直于静平台的直线，向上为正方向；根据右手法则确定y轴及其方向；所述动平台上三个球副(11)的固定点B1、B2、B3组成一个正三角形，其外接圆半径设为r，所述动坐标系(9)建立在动平台上，动坐标系(9)的坐标原点在以球铰的铰支点B1、B2、B3为顶点的正三角形的中心C，x轴为CB1且正方向由C到B1，z轴过C且垂直于动平台向上，由右手法则确定y轴及其方向。进一步的，所述机械参数包括动平台直径、动平台铰接圆直径即三角形B1B2B3的外接圆直径、静平台直径、静平台铰接圆直径即三角形A1A2A3的外接圆直径、电动缸运动最大行程、电动缸丝杠导程。进一步的，所述工作要求依据用户输入参数设定。进一步的，所述运动学反解包括建立支链铰点在动坐标系和固定坐标系下的坐标，推导动坐标系相对于固定坐标系的旋转矩阵，通过坐标转换和矢量计算求出各分支杆长。进一步的，所述多轴运动控制器采用嵌入式多轴运动控制器，控制程序运行于所述嵌入式多轴运动控制器。进一步的，所述嵌入式多轴运动控制器分别连接三个伺服驱动器，每个所述伺服驱动器依次连接有伺服电机和电动缸，电动缸再连接动平台；所述嵌入式多轴运动控制器用于接收和处理控制信号，将处理后的控制信号传输给伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机，伺服电机再通过减速器连接电动缸，电机转动带动电动缸伸缩，实现动平台运动模拟。进一步的，所述控制程序包括如下工作过程：1)将回零标志置为假，动平台开始回零运动，到达原点并触发Home信号，回零运动结束；2)接下来从全局变量读取幅值、周期和三个周期运动的按钮状态；3)根据按钮状态调用相应功能块，完成周期运动。进一步的，所述步骤3)中，所述相应功能块包括Xswing即横摇、Yswing即纵摇和往复运动功能块，其中Xswing用于实现动平台绕x轴摆动，Yswing用于用于实现动平台绕y轴摆动，往复运动功能块实现动平台沿z轴的升沉运动；调用相应功能块包括如下步骤：31)判断x轴摆动按钮是否为真，若是，则调用Xswing，实现单周期绕x轴摆动，若否则进入下一步骤；32)判断y轴摆动按钮是否为真，若是，则调用Yswing，实现单周期绕y轴摆动，若否则进入下一步骤；32)往复运动按钮是否为真，若是，则调用往复运动功能块，实现一次沿z轴往复运动，若否，返回主程序。本专利技术所达到的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点有硬件结构简单，减少中间环节，可靠性高；软件采用标准编程工具，具有开放性、扩展性、模块化的优点，控制算法实现容易，具有较好的推广价值。附图说明图1是三自由度(3-RPS)并联机构结构示意图；图2是动坐标系和固定坐标系示意图；图3是α角随时间的变化规律和具体的运动分段；图4是2轴伺服电动缸杆长随时间变的位置曲线；图5是3-RPS并联机构运动控制的程序流程图；图6是3-RPS并联机构的硬件原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1和2所示，所述平台机构包括静平台(8)和设在静平台(8)上方的动平台(1)，静平台(8)和动平台(1)均为圆形，动平台(1)和静平台(8)之间通过三条支链连接，每个支链(12)主要由球副(11)、移动副(12)和转动副(13)组成，球副(11)连接移动副(12)和动平台(1)，转动副(13)连接移动副(12)和静平台(8)，所述球副用于实现动平台在任意方向摆动，所述移动副是整个机器人的主动件，也是控制系统的控制对象，所述转动副用于限制电动缸只能沿垂直于转动副转轴方向的摆动。本实施例中，所述球副采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三自由度并联机构控制方法，用于其特征是，包括如下步骤：1）先建立平台机构，所述平台机构包括静平台和动平台，在所述静平台上建立固定坐标系，在所述动平台上建立动坐标系，初始状态时动坐标系在静平台上的投影与固定坐标系重合，坐标轴满足右手定则；2）根据平台的机械参数和用户的工作要求，通过运动学反解求出不同位姿对应的三个电动缸杆长；3）计算不同杆长对应的时间；4）将三个杆长变化量和时间变化量设置为数组，通过多轴运动控制器控制电动缸连续运动实现动平台欧拉角输出，实现运动模拟。

【技术特征摘要】
1.一种三自由度并联机构控制方法，用于其特征是，包括如下步骤：1）先建立平台机构，所述平台机构包括静平台和动平台，在所述静平台上建立固定坐标系，在所述动平台上建立动坐标系，初始状态时动坐标系在静平台上的投影与固定坐标系重合，坐标轴满足右手定则；2）根据平台的机械参数和用户的工作要求，通过运动学反解求出不同位姿对应的三个电动缸杆长；3）计算不同杆长对应的时间；4）将三个杆长变化量和时间变化量设置为数组，通过多轴运动控制器控制电动缸连续运动实现动平台欧拉角输出，实现运动模拟。2.根据权利要求1所述的一种三自由度并联机构控制方法，其特征是，所述平台机构包括静平台（8）和设在静平台（8）上方的动平台（1），静平台（8）和动平台（1）均为圆形，动平台（1）和静平台（8）之间通过三条支链连接，每个支链（14）主要由球副（11）、移动副（12）和转动副（13）组成，球副（11）连接移动副（12）和动平台（1），转动副（13）连接移动副（12）和静平台（8），所述球副用于实现动平台在任意方向摆动，所述移动副是整个机器人的主动件，也是控制系统的控制对象，所述转动副用于限制电动缸只能沿垂直于转动副转轴方向的摆动。3.根据权利要求2所述的一种三自由度并联机构控制方法，其特征是，所述球副采用球铰（3），所述移动副（12）主要由一个电动缸（4）、用于驱动电动缸运动的伺服电机（5）以及用于降低伺服电机速度的减速器（6）组成，所述转动副（13）采用铰链（7），所述动平台（1）上设有三个固定点，每个固定点（2）均通过球铰（3）连接电动缸（4），所述铰链（7）在静平台（8）上铰接，铰链（7）的活动端与移动副（12）连接；所述静平台上三个转动副（13）的铰接点A1、A2、A3组成一个正三角形，其外接圆半径设为R，所述固定坐标系（10）建立在静平台上，三角形A1A2A3的中心O为固定坐标系（10）的坐标原点，OA1为坐标系的x轴，正方向由O指向A1；Z轴为过O点垂直于静平台的直线，向上为正方向；根据右手法则确定y轴及其方向；所述动平台上三个球副（11）的固定点B1、B2、B3组成一个正三角形，其外接圆半径设为r，所述动坐标系（9）建立在动平台上，动坐标系（9）的坐标原点在以球铰的铰支点B1、B2、B3为顶点的正三角形的中心C，x轴为CB1且正方向由C到B1，z轴过C且垂直于动平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向国，徐铭泽，王仕奇，汪宇其，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32