CN104564913A - 并联六自由度转台液压控制系统 - Google Patents

并联六自由度转台液压控制系统 Download PDF

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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
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Abstract

<b>并联六自由度转台液压控制系统，</b><b>主要由运动规划计算机、直接控制计算机、通信接口、位置、速度检测部件、D/A转换与功率放大器以及电液伺服阀组成，转台控制系统中各部分的主要功能如下：运动规划计算机直接接受外界的控制命令和参数，对机器人运动实时监控、显示信息、向下级发出各种控制命令等。直接控制计算机接受上一级计算机送入的命令和相应的位置、速度给定信息；实时检测被控对象的状态值；信息通信口是实现两级计算机之间的信息传递的重要部件，通过此口，位置控制计算机实时的向速度控制计算机提供某一时刻运动速度的给定值，和两级计算机协调控制所必需的信息。电液伺服阀可通过电信号对流量和流向进行控制，进而实现对关节运动速度方向、大小控制。</b>

Description

并联六自由度转台液压控制系统
技术领域
本发明涉及一种位置伺服系统，特别涉及一种并联方式的六自由度转台位置伺服系统。
背景技术
并联六自由度转台是具有重大经济价值的高精尖实验设备。最早的空间六自由度并联机器人是1965年D. Stewart提出并研制的。6-SPS机构即著名的Stewart平台机构。与传统的串联式多自由度运动机构相比，它具有承载能力强，刚度好，无积累误差，精度高等优点。根据上、下各六个球铰相对分布的不同，该机构可分为多种类型，其运动学已有许多学者进行了研究。70年代初，美国的NASA等研究中心公布了并联式六自由度平台研究成果之后，相继出现了装有六自由度运动平台的飞行模拟器。进入80年代特别是90年代以来，六自由度运动平台越来越广泛的应用于机器人、并联机床、空间对接计术、航空航海设备、摇摆模拟以及娱乐设施上。直到现在，并联式六自由度平台在工业上还未得到广泛应用，其主要原因：运动学问题，特别是正运动学问题还没得到很好的解决；动力学问题没有解决；平台各分支间的耦合干扰难于消除。
目前我国的六自由度转台设计水平和制造水平与西方发达国家相比差距还是相当大，对六自由度转台控制理论、控制系统与技术研究的这些领域内的关键课题所做的工作还很粗浅。因此对六自由度的关键组成部分进行深入的理论分析和实验研究，尽快研制出性能优良的六自由度转台，提高我国的仿真技术水平，具有重大的理论意义和实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种并联六自由度转台液压控制系统，提高六自由度转台的实时精度，减少系统误差。
本发明的目的是这样实现的：
本发明主要由运动规划计算机、直接控制计算机、通信接口、位置、速度检测部件、D/A转换与功率放大器以及电液伺服阀几部分组成。
转台控制系统中各部分的主要功能如下：
1. 运动规划计算机
直接接受外界的控制命令和参数，根据机器人运动时的位置变化计算出各个液压杆的伸缩值和每一时刻为使转台保持平稳姿态各个液压杆长变化应有的速度值、对机器人运动实时监控、显示信息、向下级发出各种控制命令等。
直接控制计算机
接受上一级计算机送入的命令和相应的位置、速度给定信息；实时检测被控对象的状态值；依据给定量和实际检测量的差值进行控制策略的计算，以求出被控对象应有的控制信息。
通信口的功能
信息通信口是实现两级计算机之间的信息传递的重要部件，通过此口，位置控制计算机实时的向速度控制计算机提供某一时刻运动速度的给定值，和两级计算机协调控制所必需的信息。
位置、速度检测部件
系统中位置和速度反馈信号均来源于安装在主动关节上的微型光电编码器，当主动关节运动时，位于关节上的微型光电编码器发出脉冲，此脉冲通过一些信息传输电路被分别送入位置和速度控制计算机的内部。
转换与功率放大器
伺服系统为数字控制式控制系统，所以计算机输出的数字信号要经过转换器变为模拟信号，并经过一定功率放大方能控制电液伺服阀。
电液伺服阀
电液伺服阀可通过电信号对流量和流向进行控制，进而实现对关节运动速度方向、大小控制。
对于转台的路径规划是这样的：设开始运动时转台中心沿x、y、z三个方向的加速度分别为到达终点时的负加速度为；匀速时的最大速度为。这样根据物理学运动公式，求得转台运动时沿三个方向的时刻值，另外，在转台开始运动时，故有，也即，对此转台则有：                       (1)
下面求出在时刻到终点所用的时间，因为转台移动到位时必有，且，而为减加速度值，也即有：
                   (2)
在匀速阶段所用时间可由式(3)求得：
         (3)
其中：，平台沿三个方向杆的伸缩长度值，所以平台在三个方向的值为：                             (4)
在平台开始运动到时刻，沿三个方向所移动的距离分别为：
(5)
从开始运动到时刻沿三个方向所移动的距离分别为：
                  (6)
同理，从时刻到定位所移动的距离为：
            (7)
由上面推倒得出：
               (8)
至此，则完成了平台运动的轨迹规划任务。
本发明的优点：
(1) 刚度大，结构稳定。这是由于上运动平台经由6个液压缸的支撑；
(2) 承载能力强。由于刚度大，较串联式机构在相同的自重或体积的情况下，具有高得多的承载能力；
(3) 误差小，位姿精度高。因为没有串联机构的误差累积和放大；
(4) 动力性能好。串联式机构的驱动电动机及传动系统大都放在运动着的大小臂上，增加了系统的惯性，恶化了动力性能，六自由度平台将动力源放在机座上，减小了运动负载。
附图说明
图1为转台控制系统结构图；
图2为位置算法程序框图；
具体实施方式：
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，图1为转台控制系统结构图。本发明主要由运动规划计算机、直接控制计算机、通信接口、位置、速度检测部件、D/A转换与功率放大器以及电液伺服阀几部分组成。
转台控制系统中各部分的主要功能如下：
1. 运动规划计算机
直接接受外界的控制命令和参数，根据机器人运动时的位置变化计算出各个液压杆的伸缩值和每一时刻为使转台保持平稳姿态各个液压杆长变化应有的速度值、对机器人运动实时监控、显示信息、向下级发出各种控制命令等。
直接控制计算机
接受上一级计算机送入的命令和相应的位置、速度给定信息；实时检测被控对象的状态值；依据给定量和实际检测量的差值进行控制策略的计算，以求出被控对象应有的控制信息。
通信口的功能
信息通信口是实现两级计算机之间的信息传递的重要部件，通过此口，位置控制计算机实时的向速度控制计算机提供某一时刻运动速度的给定值，和两级计算机协调控制所必需的信息。
位置、速度检测部件
系统中位置和速度反馈信号均来源于安装在主动关节上的微型光电编码器，当主动关节运动时，位于关节上的微型光电编码器发出脉冲，此脉冲通过一些信息传输电路被分别送入位置和速度控制计算机的内部。
转换与功率放大器
伺服系统为数字控制式控制系统，所以计算机输出的数字信号要经过转换器变为模拟信号，并经过一定功率放大方能控制电液伺服阀。
电液伺服阀
电液伺服阀可通过电信号对流量和流向进行控制，进而实现对关节运动速度方向、大小控制。
结合图2，图2为位置算法程序框图。对于转台的路径规划是这样的：设开始运动时转台中心沿x、y、z三个方向的加速度分别为到达终点时的负加速度为；匀速时的最大速度为。这样根据物理学运动公式，求得转台运动时沿三个方向的时刻值，另外，在转台开始运动时，故有，也即，对此转台则有：
                       (1)
下面求出在时刻到终点所用的时间，因为转台移动到位时必有，且，而为减加速度值，也即有：
                   (2)
在匀速阶段所用时间可由式(3)求得：
         (3)
其中：，平台沿三个方向杆的伸缩长度值，所以平台在三个方向的值为：                             (4)
在平台开始运动到时刻，沿三个方向所移动的距离分别为：
(5)
从开始运动到时刻沿三个方向所移动的距离分别为：
                  (6)
同理，从时刻到定位所移动的距离为：
            (7)
由上面推倒得出：
               (8)
至此，则完成了平台运动的轨迹规划任务。

Claims (2)

1.并联六自由度转台液压控制系统，其特征在于：本发明由运动规划计算机、直接控制计算机、通信口、位置、速度检测部件、D/A转换与功率放大器以及电液伺服阀组成；控制系统中各部分：
（1）运动规划计算机：直接接受外界的控制命令和参数，根据机器人运动时的位置变化计算出各个液压杆的伸缩值和每一时刻为使转台保持平稳姿态各个液压杆长变化应有的速度值、对机器人运动实时监控、显示信息、向下级发出各种控制命令等；
（2）直接控制计算机：接受上一级计算机送入的命令和相应的位置、速度给定信息；实时检测被控对象的状态值；依据给定量和实际检测量的差值进行控制策略的计算，以求出被控对象应有的控制信息；
（3）通信口的功能：信息通信口是实现两级计算机之间的信息传递的重要部件，通过此口，位置控制计算机实时的向速度控制计算机提供某一时刻运动速度的给定值，和两级计算机协调控制所必需的信息；
（4）位置、速度检测部件：系统中位置和速度反馈信号均来源于安装在主动关节上的微型光电编码器，当主动关节运动时，位于关节上的微型光电编码器发出脉冲，此脉冲通过一些信息传输电路被分别送入位置和速度控制计算机的内部；
（5）D/A转换与功率放大器：伺服系统为数字控制式控制系统，所以计算机输出的数字信号要经过转换器变为模拟信号，并经过一定功率放大方能控制电液伺服阀；
（6）电液伺服阀：电液伺服阀可通过电信号对流量和流向进行控制，进而实现对关节运动速度方向、大小控制。
2.根据权利要求1所述的并联六自由度转台液压控制系统，其特征在于：对于转台的路径规划是这样的：设开始运动时转台中心沿x、y、z三个方向的加速度分别为                                                到达终点时的负加速度为；匀速时的最大速度为；这样根据物理学运动公式，求得转台运动时沿三个方向的时刻值，另外，在转台开始运动时，故有，也即，对此转台则有：
                       (1)；
下面求出在时刻到终点所用的时间，因为转台移动到位时必有，且，而为减加速度值，也即有：
                   (2)；
在匀速阶段所用时间可由式(3)求得：
         (3)；
其中：，平台沿三个方向杆的伸缩长度值，所以平台在三个方向的值为：                             (4)；
在平台开始运动到时刻，沿三个方向所移动的距离分别为：
(5)；
从开始运动到时刻沿三个方向所移动的距离分别为：
                  (6)；
同理，从时刻到定位所移动的距离为：
            (7)；
由上面推倒得出：
               (8)；
至此，则完成了平台运动的轨迹规划任务。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106169003A (zh) * 2016-07-11 2016-11-30 广东工业大学 一种多自由度空间机构运动规划方法
CN108230802A (zh) * 2017-12-14 2018-06-29 李明泽 三自由度摇摆台的安全保护系统
CN108397446A (zh) * 2018-03-20 2018-08-14 哈尔滨理工大学 一种集成式液压机器人关节控制器
CN110594230A (zh) * 2018-06-12 2019-12-20 罗伯特·博世有限公司 在系统地考虑到调节(速度)和状态参数约束的情况下用于液压系统的实时操控策略

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03249408A (ja) * 1990-11-30 1991-11-07 Smc Corp 分散制御装置
US20090223358A1 (en) * 2008-03-06 2009-09-10 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Method of valve calibration
CN101871851A (zh) * 2010-05-24 2010-10-27 北京航空航天大学 一种五轴联动机床加载试验装置
CN102279101A (zh) * 2011-07-13 2011-12-14 北京航空航天大学 六维力高频疲劳试验机及使用方法
CN102636140A (zh) * 2012-04-12 2012-08-15 重庆大学 测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置
CN103454966A (zh) * 2013-09-02 2013-12-18 青岛科技大学 一种并联坐标测量机控制器
CN103869705A (zh) * 2012-12-10 2014-06-18 哈尔滨功成科技创业投资有限公司 一种并联六自由度驱动转台的轨迹规划生成方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03249408A (ja) * 1990-11-30 1991-11-07 Smc Corp 分散制御装置
US20090223358A1 (en) * 2008-03-06 2009-09-10 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Method of valve calibration
CN101871851A (zh) * 2010-05-24 2010-10-27 北京航空航天大学 一种五轴联动机床加载试验装置
CN102279101A (zh) * 2011-07-13 2011-12-14 北京航空航天大学 六维力高频疲劳试验机及使用方法
CN102636140A (zh) * 2012-04-12 2012-08-15 重庆大学 测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置
CN103869705A (zh) * 2012-12-10 2014-06-18 哈尔滨功成科技创业投资有限公司 一种并联六自由度驱动转台的轨迹规划生成方法
CN103454966A (zh) * 2013-09-02 2013-12-18 青岛科技大学 一种并联坐标测量机控制器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李磊等: "六自由度并联转台计算机控制系统的设计", 《测控技术》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106169003A (zh) * 2016-07-11 2016-11-30 广东工业大学 一种多自由度空间机构运动规划方法
CN106169003B (zh) * 2016-07-11 2019-09-24 广东工业大学 一种多自由度空间机构运动规划方法
CN108230802A (zh) * 2017-12-14 2018-06-29 李明泽 三自由度摇摆台的安全保护系统
CN108397446A (zh) * 2018-03-20 2018-08-14 哈尔滨理工大学 一种集成式液压机器人关节控制器
CN108397446B (zh) * 2018-03-20 2019-08-02 哈尔滨理工大学 一种集成式液压机器人关节控制器
CN110594230A (zh) * 2018-06-12 2019-12-20 罗伯特·博世有限公司 在系统地考虑到调节(速度)和状态参数约束的情况下用于液压系统的实时操控策略

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