CN105508823B - 一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于柔性片体的六自由度并联精密调整装置的运动控制方法，属于机械精密仪器控制领域，实现了使并联精密调整装置的运动平台获得准确的位置和姿态；本发明的运动控制方法基于柔性六自由度并联精密调整装置，柔性六自由度并联精密调整装置中每个柔性腿内部采用运动缩小机构的并联调整机构，每个柔性腿上的直线驱动电机与腿长变化的成一定比例，直线位移传感器与腿长变化的成一定比例，直线驱动电机作为驱动系统，直线位移传感器作为反馈系统，驱动系统和反馈系统构成了半闭环控制系统；本发明适用于多组基于柔性片体的具有运动缩小或运动放大作用的柔性腿并联而成的机构，工作效率高，调整快，定位精准。

Description

一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法
技术领域
本发明属于机械精密仪器控制领域，具体涉及一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法。
背景技术
并联调整机构与串联调整机构相比，具有负载大、精确定位能力好、稳定性高等优点，所以并联调整机构越来越多的应用于光学组件定位、精密/超精密加工、半导体器件制造、精密检测等研究领域。传统并联调整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，这对定位精度和调整分辨率是不利的，柔性六自由度并联精密调整装置通过多组柔性腿的协调运动实现运动平台的位置定位以及姿态的调整，基于柔性六自由度并联精密调整装置的柔性片体的铰链有效地克服了传统并联调整机构存在的技术缺陷，更多的应用于微纳米调整的并联机构中。
但是柔性六自由度并联精密调整装置的运动控制难度增加了，同时需要高效的解算方法和控制方法使运动平台快速响应，以实现平台位置定位和姿态的调整。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法，解决现有技术存在的平台运动难于控制的技术缺陷，并提出高效的解算方法和控制方法实现运动平台快速响应和精确定位。
本发明一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法，本发法所涉及的柔性六自由度并联精密调整装置包括运动平台、基座平台和六个柔性腿；六个柔性腿分布在运动平台与基座平台之间；每个柔性腿的两端分别设有柔性片体，且设有驱动柔性腿运动的直线驱动电机以及用于检测柔性腿位移的直线位移传感器；
本方法包括以下步骤：
步骤一：通过速度瞬心法或有限元分析法分别计算出每个柔性腿上的直线驱动电机与柔性腿的腿长变化的传动比和直线位移传感器与柔性腿的腿长变化的传动比；
步骤二：将柔性片体等效为理想运动副，建立柔性六自由度并联精密调整装置的等效模型，并以基座平台为原点建立空间直角坐标系；
步骤三：求解运动平台运动到目标位置和姿态；通过逆解的方法求解出各个柔性腿的变化，进而确定直线驱动电机的位移参数以及直线位移传感器的反馈值；
步骤四：根据各个柔性腿上直线位移传感器反馈值，各个柔性腿上的直线驱动电机执行驱动位移的动作，循环此动作，直至直线位移传感器反馈值进入阈值范围内。
本发明的有益效果：本发明的运动控制方法基于柔性六自由度并联精密调整装置，柔性六自由度并联精密调整装置中每个柔性腿内部采用运动缩小机构的并联调整机构，每个柔性腿上的直线驱动电机与腿长变化的成一定比例，直线位移传感器与腿长变化的成一定比例，直线驱动电机作为驱动系统，直线位移传感器作为反馈系统，驱动系统和反馈系统构成了半闭环控制系统；本发明适用于多组基于柔性片体的具有运动缩小或运动放大作用的柔性腿并联而成的机构，工作效率高，调整快，定位精准。
附图说明
图1为本发明一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法中柔性六自由度并联精密调整装置的结构示意图；
图2为本发明一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法中柔性六自由度并联精密调整装置的等效模型示意图；
图3为本发明一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法中柔性六自由度并联精密调整装置的另一等效模型示意图；
图4为本发明一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法的流程图；
其中，1、运动平台，2、基座平台，3、柔性片体，4、直线驱动电机，5、直线位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
具体实施例一：
参见附图1、附图2、附图3和附图4，本发明一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法，本发法所涉及的柔性六自由度并联精密调整装置包括运动平台1、基座平台2和六个柔性腿；六个柔性腿分布在运动平台1与基座平台2之间；每个柔性腿的两端分别设有柔性片体3，且设有驱动柔性腿运动的直线驱动电机4以及用于检测柔性腿位移的直线位移传感器5；
本方法包括以下步骤：
步骤一：通过速度瞬心法或有限元分析法分别计算出电机与柔性腿的腿长变化的传动比和直线位移传感器5与柔性腿的腿长变化的传动比；
步骤二：将柔性片体3等效为理想运动副，建立柔性六自由度并联精密调整装置的等效模型，并以基座平台2为原点建立空间直角坐标系；
步骤三：求解运动平台1运动到目标位置和姿态；通过逆解的方法求解出各个柔性腿的变化，进而确定直线驱动电机4的位移参数以及直线位移传感器5的反馈值；
步骤四：根据各个柔性腿上直线位移传感器5反馈值，各个柔性腿上的直线驱动电机4执行驱动位移的动作，循环此动作，直至直线位移传感器5反馈值进入阈值范围内。
具体实施例二：
本发明一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法，包括以下步骤：
步骤一：通过速度瞬心法或有限元分析方法计算出各个柔性腿腿长的直线直线驱动电机4的位移与柔性腿腿长长变化的传动比以及直线位移传感器5反馈值与腿长变化的传动比；
步骤二：：将柔性片体3等效为理想运动副，建立柔性六自由度并联精密调整装置的等效模型，并以基座平台2为原点建立空间直角坐标系XboYbZb，等效模型中A1-A6、B1-B6为等效的万向铰，R为万向铰B1-B6的分布圆直径，r为万向铰A1-A6的分布圆直径,h为等效并联机构模型运动平台1的高度，l为等效并联机构模型的腿长；
步骤三：求解运动平台1运动到目标位置和姿态，通过逆解的方法求解出各个柔性腿的变化，进而确定直线驱动电机4的驱动位移以及直线位移传感器5的反馈值；其中逆解算法为设运动平台坐标系原点沿基座平台2坐标系XboYbZb的Xb、Yb、Zb轴的移动量分别为xp、yp、zp，绕Xb、Yb、Zb轴的转动角度为分别为α、β、γ，得出逆解算的等式：
其中：为A1～A6在基座平台2坐标系{B}:Ob-XbYbZb下的坐标矢量，为A1～A6在运动平台1坐标系{P}:Op-XpYpZp下的坐标矢量，{P}:Op-XpYpZp相对于{B}:Ob-XbYbZb的旋转变换矩阵为R：
各支链长度l'及变化量Δl为：其中各支链长度指模型中等效的各腿长，并且是姿态变化后的各等效腿长；变化量指的是各等效腿长相对于姿态没变化之前的各腿长的变化量。
Δli＝l'i-li
步骤四：各个柔性腿的直线驱动电机4采集对应的直线位移传感器5的反馈值，若反馈值进入直线位移传感器5的阈值范围内，直线驱动电机4停止驱动，否则根据当前值与目标值之差，计算出直线驱动电机4还需要的驱动的位移并执行，循环此动作，直至直线位移传感器5反馈值进入阈值范围内，根据此方法依次驱动其余电机，从而完成对运动平台1精确定位。其中直线驱动电机还需要的驱动位移的计算方法如下：已知需要的姿态，然后解算出各个腿长的变化量，再根据传动比计算出直线驱动电机的驱动位移。

Claims (1)

1.一种柔性六自由度并联精密调整装置运动控制方法，本发法所涉及的柔性六自由度并联精密调整装置包括运动平台(1)、基座平台(2)和六个柔性腿；六个柔性腿分布在运动平台(1)与基座平台(2)之间；每个柔性腿的两端分别设有柔性片体(3)，且设有驱动柔性腿运动的直线驱动电机(4)以及用于检测柔性腿位移的直线位移传感器(5)；其特征在于，
本方法包括以下步骤：
步骤一：通过速度瞬心法或有限元分析法分别计算出电机与柔性腿的腿长变化的传动比和直线位移传感器(5)与柔性腿的腿长变化的传动比；
步骤二：将柔性片体(3)等效为理想运动副，建立柔性六自由度并联精密调整装置的等效模型，并以基座平台(2)为原点建立空间直角坐标系；
步骤三：求解运动平台(1)运动到目标位置和姿态；通过逆解的方法求解出各个柔性腿的变化，进而确定各个柔性腿上的直线驱动电机(4)的位移参数以及直线位移传感器(5)的反馈值；
步骤四：根据各个柔性腿上直线位移传感器(5)反馈值，各个柔性腿上的直线驱动电机(4)执行驱动位移的动作，循环此动作，直至直线位移传感器(5)反馈值进入阈值范围内。
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