【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及移动气浮平台，特别是涉及一种基于ros的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台。
技术介绍
1、微重力模拟实验中，超大尺寸的高精度水平支撑面具有制造成本极高、制造难度大、精度要求严格等限制。为降低对此类支撑面的需求，采用智能移动气浮平台支撑的方案，将气浮轴承工作表面拆分为较小的尺寸，承载于智能移动平台上，跟随折展机构运动，能够降低高精度水平支撑面的需求，并且配置灵活，适应性强。移动平台采用全向移动方式，运动灵活，自由高，机动性强。
2、然而，现有用于低重力试验的移动气浮平台在结构及功能上尚不能完全满足低重力试验的要求，因此，有必要设计符合低重力试验的移动气浮平台。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于ros(机器人操作系统，robot operating system)的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，能实现对研究实验对象自动跟随、工作水平度自动调整的功能，采用六自由度并联机构大大提升调平和跟随的微动精度，特别针对特殊重载工况，有较为良好的稳定性。
2、为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
3、一种基于ros的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，包括运动底盘、布置于所述运动底盘上端的六自由度并联机构、布置于所述运动底盘下方的三个全向轮、通过气浮工作台布置于所述六自由度并联机构的顶部安装板上方的气浮轴承、布置于所述气浮工作台上的倾角传感器以及三个激光位移传感器；
4、三个所述激光位移传感器固定在三点处，布置方式为两台固定于一侧，以气浮工作台的横向中心线对称布置，另一台固定于相邻一侧，位于气浮工作台纵向中心线上；通过激光反射实时测量气浮轴承上三点至气浮工作台的相对位移，并将测量数据传输到ros主控模块，通过解算得到气浮轴承的偏移量和转角；所述倾角传感器实时测量气浮工作台的俯仰角和翻滚角传输到ros主控模块；基于ros架构，通过远程发送指令，实现运动底盘的全向移动远程操控、全向跟随控制、自动调平；所述ros主控模块实时接收所述激光位移传感器测量的气浮轴承与气浮工作台的相对位置变化的数据，将全向移动数据发送给运动控制卡，实现对所述电机及伺服电机的控制；实时接收所述倾角传感器的数据，将自动调平的数据发送给运动控制卡，控制所述电动伸缩杆的电动缸，实现对气浮工作台的水平度调整。
5、其中，所述运动控制卡通过串口通讯线与电机驱动器、伺服驱动器连接，对驱动三个所述全向轮的三台电机和控制所述电动伸缩杆伺服电机发送指令，驱动电机及伺服电机工作，调整转速；所述运动控制卡通过串口通讯线与ros主控模块连接。
6、其中，六个所述电动伸缩杆的底端通过底部轴承支撑座固定在六自由度并联机构的底板上，所述顶部安装板通过顶部轴承支撑座固定在六个所述电动伸缩杆的顶端。
7、其中，所述的六自由度并联机构的底板上方的内部空间布置有底盘电机驱动器、伺服驱动器、ros主控模块和运动控制卡。
8、其中，所述气浮轴承放置于所述气浮工作台中心。
9、其中，三个所述全向轮呈正三角形布置，位于所述运动底盘的下方外侧；多队列紧凑布置时，相邻运动底盘以180°交错放置。
10、其中，所述的基于ros架构，通过远程发送指令，实现运动底盘的全向移动远程操控、全向跟随控制、自动调平，通过ros主控模块的全向跟随控制模块和自动调平控制模块基于ros话题通讯完成；
11、在ros主控卡接收到三个激光位移传感器的数据后，所述全向跟随控制模块负责进行解算，将移动控制数据传给运动控制卡，通过电机驱动器给全向轮的三台电机发送指令，实现全向跟随的功能；智能移动气浮平台移动过程中，受到地面起伏影响时，ros主控卡接收到倾角传感器传来的翻滚角和俯仰角信息后，所述自动调平模块负责解算得到电动缸的举升高度和举升速度并传输到运动控制卡，通过伺服驱动器工作于相应的位置模式和速度模式下，发送对应的电机转速来控制电动缸上下工作，实现工作平台自动调平的功能。
12、其中，基于ros话题通讯完成全向跟随控制、自动调平时，通过以下步骤实现：
13、全向跟随控制回路中，位移检测节点为发布者节点，全向移动控制节点为订阅者节点；位移检测节点将运动位移消息以话题形式发布，全向移动控制节点订阅话题并得到跟随运动的数据，进行麦克纳姆轮运动学解算，调动运动控制卡驱动电机，对工作位置进行实时全向跟随；
14、自调平控制回路中，水平度检测节点为发布者节点，以话题形式发布倾角传感器所测的水平度消息；自调平控制节点为订阅者节点，订阅话题使用消息，进行六自由度并联机构调平算法解算，最终调用运动控制卡控制伺服电机驱动电动缸动作，完成调平。
15、其中，进行所述ros话题通讯时，通过设置以下通讯节点实现：
16、激光位移传感器测量节点，负责发布第一话题，第一话题内部包含传感器位移数据信息；该激光位移传感器测量节点使用串口模块与三个激光位移传感器通讯；
17、气浮工作台角度测量节点，负责发布第二话题，第二话题内部包含倾角传感器测量的三轴倾角数据信息、角速度信息、角加速度信息；该气浮工作台角度测量节点使用串口模块与倾角传感器测量通讯；
18、控制状态发布节点，负责发布与控制状态相关的第三话题，该控制状态发布节点是控制中枢，通过终端实现人为输入控制指令，实现远程控制；
19、控制手柄节点，负责发布与手柄控制相关的第四话题，该控制手柄节点与手柄通讯；
20、全向移动控制节点，负责订阅激光位移传感器测量节点、控制状态发布节点发布以及手柄节点的话题，全向移动控制节点实现智能移动平台全向跟随移动的功能；
21、自动调平节点，负责订阅气浮工作台角度测量节点、控制状态发布节点发布的话题，自动调平节点实现智能移动平台对工作位置自动调平的功能。
22、其中，所述控制状态发布节点，对于全向跟随控制包含停止控制、自动跟随模式、手柄控制模式三种控制状态；对于自动调平控制包含停止控制与自动跟随模式两种控制状态。
23、本专利技术的低重力试验智能移动气浮平台整体属于小型装置，且功能较为集中，相比于控制对象复杂多样的大型机器系统控制方式更加直接，不易因为系统全面崩溃造成重大事故；实现紧凑型结构空间布局，解决了多队列各平台工作时的空间利用问题；基于六自由度并联机构提升跟随和调平调整精度，提高了应对重载工况的机构稳定性；基于ros系统，通过远程pc发送指令，可实现智能移动平台气浮工作面的水平自动调整、全向轮底盘跟随控制的功能。
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1.基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，包括运动底盘、布置于所述运动底盘上端的六自由度并联机构、布置于所述运动底盘下方的三个全向轮、通过气浮工作台布置于所述六自由度并联机构的顶部安装板上方的气浮轴承、布置于所述气浮工作台上的倾角传感器以及三个激光位移传感器；所述六自由度并联机构包括六个由伺服电机及电动缸构成的电动伸缩杆，三个所述全向轮各自与由电机及减速器构成的驱动机构连接；
2.根据权利要求1所述基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，所述运动控制卡通过串口通讯线与电机驱动器、伺服驱动器连接，对驱动三个所述全向轮的三台电机和控制所述电动伸缩杆伺服电机发送指令，驱动电机及伺服电机工作，调整转速；所述运动控制卡通过串口通讯线与ROS主控模块连接。
3.根据权利要求1所述基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，六个所述电动伸缩杆的底端通过底部轴承支撑座固定在六自由度并联机构的底板上，所述顶部安装板通过顶部轴承支撑座固定在六个所述电动伸缩杆的顶端。
4.根据权利要求
5.根据权利要求1所述基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，所述气浮轴承放置于所述气浮工作台中心。
6.根据权利要求1所述基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，三个所述全向轮呈正三角形布置，位于所述运动底盘的下方外侧；多队列紧凑布置时，相邻运动底盘以180°交错放置。
7.根据权利要求1所述基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，所述的基于ROS架构，通过远程发送指令，实现运动底盘的全向移动远程操控、全向跟随控制、自动调平，通过ROS主控模块的全向跟随控制模块和自动调平控制模块基于ROS话题通讯完成；
8.根据权利要求7所述基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，基于ROS话题通讯完成全向跟随控制、自动调平时，通过以下步骤实现：
9.根据权利要求8所述基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，所述ROS话题通讯时，通过设置以下通讯节点实现：
10.根据权利要求9中所述基于ROS的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于：所述控制状态发布节点，对于全向跟随控制包含停止控制、自动跟随模式、手柄控制模式三种控制状态：对于自动调平控制包含停止控制与自动跟随模式两种控制状态。
...【技术特征摘要】
1.基于ros的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，包括运动底盘、布置于所述运动底盘上端的六自由度并联机构、布置于所述运动底盘下方的三个全向轮、通过气浮工作台布置于所述六自由度并联机构的顶部安装板上方的气浮轴承、布置于所述气浮工作台上的倾角传感器以及三个激光位移传感器；所述六自由度并联机构包括六个由伺服电机及电动缸构成的电动伸缩杆，三个所述全向轮各自与由电机及减速器构成的驱动机构连接；
2.根据权利要求1所述基于ros的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，所述运动控制卡通过串口通讯线与电机驱动器、伺服驱动器连接，对驱动三个所述全向轮的三台电机和控制所述电动伸缩杆伺服电机发送指令，驱动电机及伺服电机工作，调整转速；所述运动控制卡通过串口通讯线与ros主控模块连接。
3.根据权利要求1所述基于ros的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，六个所述电动伸缩杆的底端通过底部轴承支撑座固定在六自由度并联机构的底板上，所述顶部安装板通过顶部轴承支撑座固定在六个所述电动伸缩杆的顶端。
4.根据权利要求1所述基于ros的六自由度紧凑型微低重力试验智能移动气浮平台，其特征在于，所述的六自由度并联机构的底板上方的内部空间布置有底盘电机驱动器、伺服驱动器、ros主控模块和运动控制卡。
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓峰，张文瀚，李斌，侯玮杰，王灏，张烁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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