一种基于九支杆的并联机器人平台装置和控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于九支杆的并联机器人平台装置和控制方法，该并联机器人平台装置由动平台、静平台，伸缩支杆、虎克铰组成。静平台作为并联机器人的底座，六个虎克铰两个一组均匀安装在静平台外侧，三个虎克铰安装在静平台内侧，动平台外侧同样安装有六个虎克铰，内侧均匀安装三个虎克铰，九个伸缩支杆底端对应安装在静平台虎克铰上，顶端安装在动平台虎克铰上。内侧三个伸缩支杆安装有推力传感器，控制器根据内侧三个支杆受到的力来控制支杆的伸长或者收缩，从而保证内侧三个支杆能够跟随外部六个支杆的运动。本发明专利技术的九支杆并联机器人具有紧凑的机械结构，仍然利用原有的并联机器人控制方法，同时较大程度地提高了并联机器人的负载能力。人的负载能力。人的负载能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于九支杆的并联机器人平台装置和控制方法


[0001]本专利技术涉及并联机器人
，尤其涉及一种基于九支杆的并联机器人平台装置及控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，伴随着科技的不断突破和发展，机器人技术在社会发展的进程中起到了不可或缺的推动作用。目前工业领域中使用的机器人大多为串联机构，串联机器人本身存在诸多缺点，如结构不稳定、承载能力差、精度较低等，与之对应的并联机器人便应运而生。并联机器人中最为典型的是Stewart运动平台，从外形看来，该运动平台通过六个可以伸缩的连接杆将运动平台和固定平台连接起来，控制器驱动六个连接杆进行伸缩运动使得动平台达到不同位姿，Stewart平台具有六个自由度，能够完成在空间内任一方向的移动。相对于串联机器人来说，并联机器人具有结构稳定、精度较高、利于控制等优点，基于这些特点，可以将并联机器人应用在对精度、速度和刚度要求比较高并且工作空间较小的场所，例如国防领域上的导弹发射装置、飞行模拟器；在工业领域可以应用于车床加工、工艺焊接、汽车组装等场所。
[0003]传统的Stewart并联机器人在动静平台之间只有六个可以自由伸缩的连接杆，通过对于连接杆的控制可以到达三维空间内任意位姿。虽然目前传统的stewart结构的并联机器人具有较大的负载能力，但是大负载也代表着较大的结构。当在工作空间受限，仍需要很大的负载能力时，传统的六支杆stewart机器人就无法适用于该任务。除此以外，当Stewart并联机器人较大负载时，也会产生较大的定位误差，因此，亟待提出一种负载能力更强的并联机器人平台装置和控制方法，来满足对并联机器人更高负载的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种基于九支杆的并联机器人平台装置及控制方法，该平台装置和控制方法具有负载能力更强、精度更高、结构紧凑等特点。
[0005]本专利技术为一种基于九支杆的并联机器人平台装置，所述装置包含动平台、静平台，在所述动平台、静平台之间通过若干可伸缩支杆相连接，所述支杆与动平台、静平台通过虎克铰相固定连接；其中，所述支杆一部分位于平台外侧，一部分位于平台内侧，在位于平台内侧的支杆上安装有推力传感器，推力传感器通过控制电路与支杆电机相连，所述推力传感器控制所述支杆收缩或伸长。
[0006]进一步的，所述静平台作为并联机器人的底座，静平台外侧安装六个静虎克铰，内侧安装三个静虎克铰，相应的，动平台外侧安装六个动虎克铰，内侧安装三个动虎克铰，所述支杆的两端分别连接对应的静虎克铰和动虎克铰。
[0007]进一步的，位于外侧的静虎克铰每两个一组，三组按照圆形均匀分布在静平台外侧，每两组的夹角为120
°
；位于内侧的静虎克铰的均匀分布在静平台内侧，每两个之间的夹
角为120
°
，静虎克铰和静平台通过螺栓连接；
[0008]位于动平台上的动虎克铰与静虎克铰相互对应。
[0009]进一步的，所述推力传感器通过控制电路与支杆电机相连，控制所述支杆收缩或伸长，首先控制内侧的三个支杆，使得推力传感器维持预设推力值；当控制电路检测到推力传感器的数值减小时，支杆将伸长；当控制电路检测到推力传感器的数值增加时，支杆将缩短；
[0010]所述控制电路通过PI控制器控制内侧的三个支杆的长度，保持每个支杆产生的推力为恒定值。
[0011]进一步的，通过给内侧的支杆施加设定的预紧力，降低铰链间隙对于并联机器人位姿精度的影响。
[0012]本申请还提供上述基于九支杆的并联机器人平台装置的控制方法，所述控制方法为通过控制电路与支杆电机相连，控制所述支杆收缩或伸长，其具体为：
[0013]S1，根据并联机器人的各支杆在当前位姿下的位置，得到描述各支杆的空间向量环，即建立并联机器人的逆运动学计算公式；
[0014]S2，生成动平台在空间中的状态描述；
[0015]S3，根据动平台在空间中状态描述和逆运动学计算公式计算得到各支杆的伸长量，所述伸长量用于支杆的长度控制。
[0016]进一步的，所述步骤S1具体为：
[0017]设定当前为并联机器人的第k，k＝1
…
n个位姿，r
i
＝[
B
r
xiB
r
yiB
r
zi
]T
,i＝1
…
6，为静平台的第i个静虎克铰中心Bi在静坐标系{B}中的位置矢量，P
i
＝[
M
P
xiM
P
yiM
P
zi
]T
,i＝1
…
6，为动平台的第i个动虎克铰中心Ai在动坐标系{M}中的位置矢量，X
j
＝[
B
x
jB
y
jB
z
j
]T
为动平台在j位姿时动坐标系{M}的原点在静坐标系{B}中的位置矢量，L
ij
＝[
B
l
xijB
l
yij
Bl
zij
]T
为支杆在静平台坐标系{B}的位置矢量；向量r
i
，P
i
，X
j
，L
ij
构成一个封闭的空间向量环，该空间向量环表示为：
[0018]L
ij
＝R
j
P
i
+X
j
‑
r
i
i＝1,2...6；j＝1,2...n(1)
[0019]式中的R
j
为动平台第j个位姿时动坐标系{M
j
}相对于静坐标系{B}的旋转变换矩阵，n为位姿总个数。
[0020]进一步的，所述步骤S2具体为：
[0021]设定位姿j是在静坐标系{B}的基础上，先绕着Z轴旋转角度α，再绕新的Y轴旋转角度β，再绕着新的X轴旋转角度γ得到，用矢量表示为C
j
＝[αβγ]T
，则此时动平台在空间中的状态用欧拉角描述为：
[0022][0023]则j位姿下并联机器人的第i个支杆长度为：
[0024][0025]第j个位姿下第i个支杆方向上的单位矢量：
[0026][0027]进一步的，所述步骤S3具体为：
[0028]将开始零位的R0和X带入式(3)得到支杆的初始长度l0，通过式(5)算出支杆的伸长量：
[0029]Δl
ij
＝l
ij
‑
l
0i
(5)
[0030]设l
0i
为第i个支杆的开始零位长度，Δl
0i
为第j个位姿下支杆i的长度变化量，则式(3)写成：
[0031](Δl
ij
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于九支杆的并联机器人平台装置，其特征在于，所述装置包含动平台、静平台，在所述动平台、静平台之间通过若干可伸缩支杆相连接，所述支杆与动平台、静平台通过虎克铰相固定连接；其中，所述支杆一部分位于平台外侧，一部分位于平台内侧，在位于平台内侧的支杆上安装有推力传感器，推力传感器通过控制电路与支杆电机相连，所述推力传感器控制所述支杆收缩或伸长。2.根据权利要求1所述的一种基于九支杆的并联机器人平台装置，其特征在于，所述静平台作为并联机器人的底座，静平台外侧安装六个静虎克铰，内侧安装三个静虎克铰，相应的，动平台外侧安装六个动虎克铰，内侧安装三个动虎克铰，所述支杆的两端分别连接对应的静虎克铰和动虎克铰。3.根据权利要求2所述的一种基于九支杆的并联机器人平台装置，其特征在于，位于外侧的静虎克铰每两个一组，三组按照圆形均匀分布在静平台外侧，每两组的夹角为120
°
；位于内侧的静虎克铰的均匀分布在静平台内侧，每两个之间的夹角为120
°
，静虎克铰和静平台通过螺栓连接；位于动平台上的动虎克铰与静虎克铰相互对应。4.根据权利要求2或3所述的一种基于九支杆的并联机器人平台装置，其特征在于，所述推力传感器通过控制电路与支杆电机相连，控制所述支杆收缩或伸长，首先控制内侧的三个支杆，使得推力传感器维持预设推力值；当控制电路检测到推力传感器的数值减小时，支杆将伸长；当控制电路检测到推力传感器的数值增加时，支杆将缩短；所述控制电路通过PI控制器控制内侧的三个支杆的长度，保持每个支杆产生的推力为恒定值。5.根据权利要求4所述的一种基于九支杆的并联机器人平台装置，其特征在于，通过给内侧的支杆施加设定的预紧力，降低铰链间隙对于并联机器人位姿精度的影响。6.根据权利要求1所述的一种基于九支杆的并联机器人平台装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法为通过控制电路与支杆电机相连，控制所述支杆收缩或伸长，其具体为：S1，根据并联机器人的各支杆在当前位姿下的位置，得到描述各支杆的空间向量环，即建立并联机器人的逆运动学计算公式；S2，生成动平台在空间中的状态描述；S3，根据动平台在空间中状态描述和逆运动学计算公式计算得到各支杆的伸长量，所述伸长量用于支杆的长度控制。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：设定当前为并联机器人的第k，k＝1
…
n个位姿，r
i
＝[
B
r
xiB
r
yiB
r
zi
]
T
,i＝1
…
6，为静平台的第i个静虎克铰中心Bi在静坐标系{B}中的位置矢量，P
i
＝[
M
P
xiM
P
yiM
P
zi
]
T
,i＝1
…
6，为动平台的第i个动虎克铰中心Ai在动坐标系{M}中的位置矢量，X
j
＝[
B
x
jB
y
jB
z
j
]
T
为动平台在j位姿时...

【专利技术属性】
技术研发人员：相铁武，左洪福，杨健，王赛进，王刚，徐大桐，
申请(专利权)人：南京全控电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：