柔顺并联机构的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种柔顺并联机构的建模方法

【技术实现步骤摘要】
柔顺并联机构的建模方法、装置、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及并联机器人
，尤其涉及一种柔顺并联机构的建模方法
、
装置
、
电子设备及存储介质
。

技术介绍

[0002]并联机器人，与串联机器人相比，具有闭链约束是并联机器人在结构方面最大特点，不仅抵消了误差累积效应，且运动惯量低
、
负载能力强
、
刚度大，使并联机器人成为潜在的高速度
、
高精度运动平台
。
传统的并联机构的运动副通过刚性元件的相对运动实现转向功能，但是存在回程间隙与摩擦，因此不适用高精度定位等场合
。
柔性并联机构将其中的传统铰链替换为柔性铰链，可以避免上述问题，因此柔顺并联机构可以达到纳米级运动精度
。
[0003]对柔顺并联机构进行运动控制，需要依赖合理的模型
。
然而，目前针对柔顺并联机构建立的模型，还存在精度不足，误差较大的问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种柔顺并联机构的建模方法
、
装置
、
电子设备及存储介质，旨在解决目前针对柔顺并联机构建立的运动学模型精度不足
、
误差较大的问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种柔顺并联机构的建模方法，该方法包括：获取柔顺并联机构中柔性铰链的力位关系；构建包括所述柔性铰链的广义支链，根据所述力位关系确定所述广义支链响应于作用力产生的末端形变；将所述作用力和所述柔顺并联机构内部的驱动力等效，由所述末端形变求解得到运动学模型
。
[0006]可选地，所述获取柔顺并联机构中柔性铰链的力位关系的步骤包括：获取所述柔性铰链的柔度参数；基于所述柔度参数建立铰链柔度矩阵，作为所述力位关系
。
[0007]可选地，所述根据所述力位关系确定所述广义支链响应于作用力产生的末端形变的步骤包括：根据所述作用力和所述铰链柔度矩阵求解得到所述广义支链中柔性铰链的形变分量；对所述形变分量进行线性叠加，得到所述末端形变
。
[0008]可选地，所述根据所述作用力和所述铰链柔度矩阵求解得到所述广义支链中柔性铰链的形变分量的步骤包括：在全局坐标系下，通过力转移矩阵将所述作用力传递至所述广义支链的预设点；将传递后的所述作用力转化为所述预设点的局部坐标系下的力向量，结合所述铰链柔度矩阵得到所述预设点的局部形变；将所述局部形变传递回所述全局坐标系中的广义支链末端，得到所述形变分量
。
[0009]可选地，所述将所述作用力和所述柔顺并联机构内部的驱动力等效，由所述末端形变求解得到运动学模型的步骤包括：根据所述力位关系构建所述柔顺并联机构的机构柔度矩阵；以所述柔顺并联机构中动平台的中心点作为末端点，确定所述末端点响应于所述驱动力产生的驱动形变；将所述末端形变和所述驱动形变等效，根据所述机构柔度矩阵和所述驱动形变求解得到逆运动学模型
。
[0010]可选地，在所述将所述末端形变和所述驱动形变等效，根据所述机构柔度矩阵和所述驱动形变求解得到逆运动学模型的步骤之后，还包括：转换所述逆运动学模型中的位移传递关系，得到正运动学模型
。
[0011]可选地，在所述将所述作用力和所述柔顺并联机构内部的驱动力等效，由所述末端形变求解得到运动学模型的步骤之后，所述方法还包括：将由所述运动学模型得到的虚拟位移量作为第一输入量，所述第一输入量对应的真实位移量作为第二输入量；将所述第一输入量和所述第二输入量输入预设的互易性指标关系式中，得到所述运动学模型的互易性指标值；根据所述互易性指标值评价所述运动学模型的互易性
。
[0012]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种柔顺并联机构的建模装置，所述柔顺并联机构的建模装置包括：获取模块，用于获取柔顺并联机构中柔性铰链的力位关系；构建模块，用于构建包括所述柔性铰链广义支链，根据所述力位关系确定所述广义支链响应于作用力产生的末端形变；等效模块，用于将所述作用力和所述柔顺并联机构内部的驱动力等效，由所述末端形变求解得到运动学模型
。
[0013]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器
、
处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的柔顺并联机构的建模程序，所述柔顺并联机构的建模程序配置为实现如上文所述的柔顺并联机构的建模方法的步骤
。
[0014]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有柔顺并联机构的建模程序，所述柔顺并联机构的建模程序被处理器执行时实现如上文所述的柔顺并联机构的建模方法的步骤
。
[0015]本专利技术实施例公开了一种柔顺并联机构的建模方法，获取柔顺并联机构中柔性铰链的力位关系；构建包括所述柔性铰链的广义支链，根据所述力位关系确定所述广义支链响应于作用力产生的末端形变；将所述作用力和所述柔顺并联机构内部的驱动力等效，由所述末端形变求解得到运动学模型
。
先以柔顺并联机构中可以发生自身变形柔性铰链为对象，获取其力位关系，作为广义支链的构建基础，由力位关系得到作用力作用在支链上之后产生的末端形变，再通过等效原理将作用力和柔顺并联机构内部产生的驱动力等效，由此对末端形变产生的力位关系进行求解，得到柔顺并联机构的运动学模型，此运动学模型以解析式的形式提供，可用于柔顺并联机构的运动控制，且求解过程反映机构内部的真实受力情况，模型精度高，误差小
。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例方案涉及的硬件运行环境的电子设备的结构示意图；图2为本专利技术柔顺并联机构的建模方法第一实施例的流程示意图；图3为本专利技术实施例涉及的一种3‑
PRS
柔顺并联机构的结构示意图；图4为本专利技术实施例涉及的柔顺并联机构中一种广义支链的场景示意图；图5为本专利技术实施例涉及的衡量正
/
逆运动学互易性的指标的流程示意图；图6为本专利技术实施例涉及的柔顺并联机构的建模装置的示意图
。
[0017]本专利技术目的的实现
、
功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明
。
具体实施方式
[0018]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
[0019]柔顺并联机构的一般形式为：动平台与多个支链连接，动平台的姿态受多个支链同时控制，支链上作用有驱动器，为支链的运动提供力与位移，驱动器一般为压电陶瓷
。
对柔顺并联机构进行运动控制，需要依赖合理的模型，即运动学模型
。
运动学模型可以分为正运动学模型与逆运动学模型
。
已知动平台的姿态，求解驱动器位移量称为逆运动学模型
。
已知驱动器位移量，求解动平台的姿态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种柔顺并联机构的建模方法，其特征在于，所述柔顺并联机构的建模方法包括以下步骤：获取柔顺并联机构中柔性铰链的力位关系；构建包括所述柔性铰链的广义支链，根据所述力位关系确定所述广义支链响应于作用力产生的末端形变；将所述作用力和所述柔顺并联机构内部的驱动力等效，由所述末端形变求解得到运动学模型
。2.
如权利要求1所述的柔顺并联机构的建模方法，其特征在于，所述获取柔顺并联机构中柔性铰链的力位关系的步骤包括：获取所述柔性铰链的柔度参数；基于所述柔度参数建立铰链柔度矩阵，作为所述力位关系
。3.
如权利要求2所述的柔顺并联机构的建模方法，其特征在于，所述根据所述力位关系确定所述广义支链响应于作用力产生的末端形变的步骤包括：根据所述作用力和所述铰链柔度矩阵求解得到所述广义支链中柔性铰链的形变分量；对所述形变分量进行线性叠加，得到所述末端形变
。4.
如权利要求3所述的柔顺并联机构的建模方法，其特征在于，所述根据所述作用力和所述铰链柔度矩阵求解得到所述广义支链中柔性铰链的形变分量的步骤包括：在全局坐标系下，通过力转移矩阵将所述作用力传递至所述广义支链的预设点；将传递后的所述作用力转化为所述预设点的局部坐标系下的力向量，结合所述铰链柔度矩阵得到所述预设点的局部形变；将所述局部形变传递回所述全局坐标系中的广义支链末端，得到所述形变分量
。5.
如权利要求1所述的柔顺并联机构的建模方法，其特征在于，所述将所述作用力和所述柔顺并联机构内部的驱动力等效，由所述末端形变求解得到运动学模型的步骤包括：根据所述力位关系构建所述柔顺并联机构的机构柔度矩阵；以所述柔顺并联机构中动平台的中心点作为末端点，确定所述末端点响应于所述驱动力产生的驱动形变；将所述末端形变和所述驱动形变等效，根据所述机构柔度矩阵和所述驱动形变求解得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦俊杰，陈方鑫，毕海，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：