【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，具体为一种混联六自由度调姿机构及其运动学解算方法。
技术介绍
1、目前现有调姿机构包括串联式和并联式六自由度结构设计，其中串联式结构工作范围大、刚性小，适合小负载、大范围调姿需求；并联式结构刚度高、各向同性好，适合大负载、小范围调姿需求。对于某些工况的大负载、大范围调姿需求，串联式机构的负载能力不足，而并联式六自由度结构容易受到控制耦合性高、工作空间、球铰活动范围和连杆干涉的限制，因此具备更大的工作空间、耦合性低的混联机构成为调姿设备的一种解决方案。混联机构虽然组合样式繁多，但某一类混联机构但经简化后可等效成同一原理的结构，该类混联机构的运动学模型经推导、归纳整理后可用于各类工程化应用，具有很高的实用价值。针对上述问题及需求，所以需要一种混联六自由度调姿机构及其运动学解算方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种混联六自由度调姿机构及其运动学解算方法。本专利技术提高了调姿效率和通用性，同时降低了机构在故障状态下的修复难度、提高了实用性和保障性。
2、本专利技术是这样实现的：
3、本专利技术提供一种混联六自由度调姿机构，包括调姿机构，所述的调姿机构包括多个移动关节和旋转关节；
4、所述调姿机构包括等效位置调整机构和等效姿态调整机构；所述等效姿态调整机构的旋转关节包括实轴旋转关节和虚拟轴旋转关节，所述移动关节包括位置调整移动关节和构成虚拟轴旋转关节的姿态调整移动关节；根据等效机构的几何参数，采用几何代数法确定位置调整
5、所述的等效姿态调整机构包括一个实轴旋转关节和两个虚拟轴旋转关节，所述等效位置调整机构包括三个位置调整移动关节；
6、所述的调姿机构包括五个移动关节和一个旋转关节，移动关节可分为位置调整移动关节和姿态调整移动关节，姿态调整移动关节包括第一移动关节和第二移动关节，位置调整移动关节包括第三移动关节、第四移动关节和五移动关节，所述旋转关节为实轴旋转关节，所述姿态调整移动关节等效替代成虚拟轴旋转关节；
7、在所述调姿机构中还包括和虎克铰，、和球铰，之间和之间分别通过第一移动关节、第二移动关节相连，等效为两个虚拟轴旋转关节，虎克铰、和球铰构成等效姿态调整机构的固定平台，所述球铰、和构成了等效姿态调整机构的活动平台，活动平台平面的俯仰即绕轴的旋转和横滚姿态即绕轴的旋转由等效姿态调整机构控制，其中两个移动关节分别用和表示，两个移动关节的长度分别用和表示。
8、进一步，本专利技术提供一种混联六自由度调姿运动学解算方法，具体按以下步骤执行：
9、s1:简化混联六自由度调姿机构得到机构原理图及确定几何参数;将实轴旋转关节和等效位置调整机构依次串联在平面上、与工件固连的坐标系的设为，的偏航即绕轴的旋转通过驱动电机实现，旋转关节用表示，旋转关节的角度用表示；
10、坐标系的平动通过等效位置调整机构中三个相互垂直的移动关节驱动实现，三个移动关节分别用、和表示，三个移动关节的长度分别用、和表示。
11、s2:确定混联六自由度调姿机构等效原理图，确定等效姿态调整机构和等效位置调整机构；等效机构按照dh准则建立相应坐标系，初始状态下，各坐标系中轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，轴与轴共线，、、、、、轴均依据右手定则确定；
12、其中、、、、和均根据dh准则定义，坐标系相对于坐标系的变换矩阵通过式（1）-式（9）四个子变换矩阵乘积得到：
13、 式（1）
14、通过式（1）得到各相邻关节减的变换矩阵以及末端位姿矩阵，如式（2）-式（9）；
15、 式（2)
16、 式（3)
17、 式（4)
18、 式（5)
19、 式（6)
20、 式（7)
21、 式（8)
22、 式（9)。
23、s3:建立等效机构的运动学模型，确定其dh参数表，并采用几何代数法逆解计算处等效机构的驱动参数；
24、根据坐标系设置，在给定末端位姿矩阵后，采用几何代数法确定等效姿态调整机构和等效位置调整机构的驱动参数；其中等效机构的驱动参数通过表示；
25、其中，根据对应位相等，确定等效姿态调整机构的一个虚拟轴旋转关节驱动参数，计算出另一个虚拟轴旋转关节驱动参数以及实轴旋转关节驱动参数。
26、s4:建立等效姿态调整机构的运动学模型，采用闭环矢量法和欧拉角旋转矩阵变换法求解实际驱动参数。
27、根据对位相等，由等效位置调整机构的驱动参数、和组成的三个线性方程组；如式（10）；
28、 式（10）
29、其中线性方程组中的相关中间变量为、、、、、、、、、、和。
30、通过求解方程组计算出等效位置调整机构的驱动参数、和的表达式，如式（11）：
31、 式（11）
32、其中，中间变量、、和的表达式如式（12）；
33、；；； 式（12）。
34、等效机构的驱动参数中的和通过控制和实现，在上述和的基础上，进行和的求解，得到和的表达式和；
35、其中，中间变量和如式（13）；
36、； 式（13）
37、得到机构的实际驱动参数。
38、进一步，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被主控制器执行时实现如上述中的任一项所述的方法。
39、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
40、1.本方法可实现大范围、大负载下的多自由度位姿调整，该类型原理的结构可对工件进行俯仰、偏航、翻滚、三维空间内各向平动等。
41、2.本方法的位姿调整功能采用解耦集中设计，整体耦合性低、结构刚度强，操作者可快速灵活对其进行多自由度驱动操作，本专利技术的解耦集中设计提高了调姿效率和通用性，同时降低了机构在故障状态下的修复难度、提高了实用性和保障性。
42、3.本方法将六自由度调姿机构分为前端三自由度姿态调姿机构和后端三自由度位置调姿机构，分别利用闭环矢量法、欧拉角旋转变换和几何代数法求解各个驱动关节，通过适当的等效简化，有效地解决了现有技术中求解过程发杂难懂，计算量大，求解效率慢的问题，实现代码精简，求解效率快和精度高。
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1.一种混联六自由度调姿机构，其特征在于：包括调姿机构，所述的调姿机构包括多个移动关节和旋转关节；
2.根据权利要求1所述的一种混联六自由度调姿机构，其特征在于，所述的等效姿态调整机构包括一个实轴旋转关节和两个虚拟轴旋转关节，所述等效位置调整机构包括三个位置调整移动关节；
3.一种混联六自由度调姿运动学解算方法，其特征在于：具体按以下步骤执行：
4.根据权利要求3所述的一种混联六自由度调姿运动学解算方法，其特征在于，在步骤S1中，将实轴旋转关节和等效位置调整机构依次串联在平面上、与工件固连的坐标系的设为，的偏航即绕轴的旋转通过驱动电机实现，旋转关节用表示，旋转关节的角度用表示；
5.根据权利要求3所述的一种混联六自由度调姿运动学解算方法，其特征在于，在步骤S2中，
6.根据权利要求3所述的一种混联六自由度调姿运动学解算方法，其特征在于：在步骤S3中，
7.根据权利要求3所述的一种混联六自由度调姿运动学解算方法，其特征在于：在步骤S4中，
8.根据权利要求7所述的一种混联六自由度调姿运动学解算方法，
9.根据权利要求8所述的一种混联六自由度调姿运动学解算方法，其特征在于：等效机构的驱动参数中的和通过控制和实现，在上述和的基础上，进行和的求解，得到和的表达式和；
10.一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被主控制器执行时实现如上述权利要求3-9中的任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种混联六自由度调姿机构，其特征在于：包括调姿机构，所述的调姿机构包括多个移动关节和旋转关节；
2.根据权利要求1所述的一种混联六自由度调姿机构，其特征在于，所述的等效姿态调整机构包括一个实轴旋转关节和两个虚拟轴旋转关节，所述等效位置调整机构包括三个位置调整移动关节；
3.一种混联六自由度调姿运动学解算方法，其特征在于：具体按以下步骤执行：
4.根据权利要求3所述的一种混联六自由度调姿运动学解算方法，其特征在于，在步骤s1中，将实轴旋转关节和等效位置调整机构依次串联在平面上、与工件固连的坐标系的设为，的偏航即绕轴的旋转通过驱动电机实现，旋转关节用表示，旋转关节的角度用表示；
5.根据权利要求3所述的一种混联六自...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京立迈胜控制技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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