CN106695762A - 六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法 - Google Patents

Abstract

一种六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，其包括步骤：获得用于连接一动平台和一静平台的各个杆件在空间六维力作用下的变形量；获得该动平台在各个该杆件的变形量的影响下的位姿；根据该动平台的位姿，通过运动学逆解的方式获得位于该静平台上的各个滑块的位移量；以及根据各个该滑块的位移量，对各个该杆件引起的误差进行补偿，这样，能够有效地减少该6‑PSS并联机器人的末端执行器空间位姿的误差，以提高该6‑PSS并联机器人的运动的精确性。

Description

六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法

技术领域

本发明针对6‐PSS并联机器人位姿误差补偿，属于并联机器人领域，特别涉及六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法。

背景技术

目前并联机器人在模拟运动、飞船对接、汽车总装、数控加工、潜艇救援对接、强力挖掘机构、微动机构等不同场合都得到了广泛应用。近年来并联机器人在机器人领域已经成为了研究的热点，但并联机构相对较小的运动速度及工作空间限制了其应用范围，随着并联机器人相关研究的不断深入，各种具有较大工作空间及快速运动特性的并联机器人越来越受到青睐。并联机器人定位精度是其工作性能的重要指标，特别是自动装配、实施手术、集成电路加工等需要高定位精度的应用场合。本发明提供六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，以减少机构末端执行器空间位姿误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够减少6‐PSS并联机器人的末端执行器空间位姿误差的六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法。

为了达到上述目的，本发明提供六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，其中该六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法包括步骤：

(a)获得用于连接一动平台和一静平台的各个杆件在空间六维力作用下的变形量；

(b)获得该动平台(在各个该杆件的变形量的影响下的位姿；

(c)根据该动平台的位姿，通过运动学逆解的方式获得位于该静平台上的各个滑块的位移量；

(d)根据各个该滑块的位移量，对各个该杆件引起的误差进行补偿。

作为对本发明的该六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法的进一步优选的实施例，用于连接该动平台和该静平台的该杆件的数量为六个。

作为对本发明的该六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法的进一步优选的实施例，各个该杆件均为二力杆。

作为对本发明的该六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法的进一步优选的实施例，各个该杆件和该动平台通过球铰进行连接，各个该杆件和该静平台通过球铰进行连接。

作为对本发明的该六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法的进一步优选的实施例，在该步骤(d)中，通过电机控制各个该滑块移动，以对各个该杆件引起的误差进行补偿。

本发明的该六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法的优势在于：

本发明的该六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法包括步骤：获得用于连接一动平台和一静平台的各个杆件在空间六维力作用下的变形量；获得该动平台在各个该杆件的变形量的影响下的位姿；根据该动平台的位姿，通过运动学逆解的方式获得位于该静平台上的各个滑块的位移量；以及根据各个该滑块的位移量，对各个该杆件引起的误差进行补偿，这样，能够有效地减少该6‐PSS并联机器人的末端执行器空间位姿的误差，以提高该6‐PSS并联机器人的运动的精确性。

通过建立杆件变形、动平台变形及滑块位移补偿量解析式，由六维力直接通过解析式求得误差补偿量，运算速度快，精度高，可实时进行误差补偿。

附图说明

为了获得本发明的上述和其他优点和特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述。在附图中：

图1是本发明的涉及的6‐PSS并联机器人的结构简图。

图2是本发明的该六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法的流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1，该发明涉及的一种6-PSS并联机器人包括一个静平台10、一个动平台20以及多个与静平台连接的滑块40和用于连接该静平台10和该滑块40的杆件30。值得一提的是，该动平台20也是一个基座，以用于将该6-PSS并联机器人固定在预设位置。该静平台10和该动平台20采用上下结构，例如该静平台10位于该动平台20的上部。优选地，该静平台10和各个该杆件30之间采用球铰连接的方式连接在一起，该动平台20上的各个滑块40和各个该杆件30之间也采用球铰连接的方式连接在一起。更优选地，该杆件30和滑块40的数量是六个，也就是说，该6-PSS并联机器人包括六个该杆件30，并且各个该杆件30相互间隔地设置在该静平台10和该动平台20之间，以通过各个滑块40在确保该静平台10上能够运动的同时，保证该静平台10的稳定性和精确度。

该6-PSS并联机器人在空间六维力作用下会发生一定的变形，变形引起的误差对该6-PSS并联机器人的运动精度有很大影响，本发明采用解析式计算该6-PSS并联机器人在空间六维力作用下产生的变形，并在补偿该动平台20的姿态误差时，可直接采用误差值补偿，即将实测得出与该动平台20相关的位姿误差结果取其负值作为补偿量，叠加到该动平台20的位姿的逆解变换计算中。

该动平台20所受六维力为F＝(F_x，F_y，F_z，M_x，M_y，M_z)，因六个该杆件30都为二力杆，该动平台20对六个该杆件30的作用力分别为F_i，i＝1，2…6，对该动平台20受力分析如下：

可求得F_i，i＝1，2…6

则第i个杆的形变式中l_i为杆件长度，E为材料弹性模量，I为抗拉压刚度由此可求得由于该杆件30的变形引起的该动平台20的位姿为X，Y，Z，α，β，γ，进而得到补偿量。

如图1所示，该静平台10的坐标O-XYZ是与机架固联的静坐标系，原点O位于该静平台10中心的垂直正下方，OZ轴铅垂向下，OY轴垂直于OXZ平面，且X轴平行于设置于该动平台20的各个滑块40的移动方向。

与该动平台20固联的坐标系O₁-X₁Y₁Z₁是以该动平台20下表面中心为原点的动坐标系，且原点O₁与静坐标系O-XYZ原点O点重合。该动平台20沿着静坐标系Y轴正向移动的方向为动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的Y正向，该动平台20沿着静坐标系Z轴正向移动的方向为动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的Z轴正向，由右手螺旋定则确定O₁-X₁Y₁Z₁的X正向。动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁中O₁X₁Z₁平面绕动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的O₁Y₁旋转的角度为α。动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁中O₁X₁Y₁平面绕动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的O₁Z₁旋转的角度为β。动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁中O₁Y₁Z₁平面绕动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的O₁X₁旋转的角度为γ。

动坐标系中任意一向量b′与固定坐标系中的b向量之间关系为：

b＝Tb′+b₀

其中b₀＝[x_m，y_m，z_m]，即为动坐标系原点在固定坐标系中的位置矢量，变换矩阵T为

式中cα＝cosα，sα＝sinα，其他依此类推。

BD_i＝T*BD′_i i＝1，2…6

其中，BD_i为动平台20上各球绞中心点在固定坐标系O-XYZ中坐标向量，BD′_i为动平台20上各球绞中心点在动坐标系中O₁-X₁Y₁Z₁坐标向量，且分别记为：

BD_i＝(BD_i，BD_iy，BD_iy，1)^T

BD′_i＝(BD′_ix，BD′_iy，BD′_iz，1)^T

根据该6-PSS并联机器人的已知机构尺寸关系，可求出该动平台20上各球绞中心点在动坐标系O₁-X₁Y₁Z₁中坐标向量，再由式求出该动平台20上各球绞中心点在固定坐标系O-XYZ中坐标向量BD′_i。

各个该杆件30靠近该静平台10端的球绞中心在固定坐标系O-XYZ中坐标向量为BU_i，下式中BU_iy，BU_iz可根据该6-PSS并联机器人的已知机构关系求出，BU_i记为：

BU_i＝(BU_ix，BU_iy，BU_iz)

根据该6-PSS并联机器人的已知结构矢量关系，可得

式中1为该杆件30的长度，由式可计算出滑块40U_i的运动距离为：

从而在通过用电机控制滑块40的位移来对误差进行补偿。

因此，如图2，本发明提供一种6‐PSS并联机器人在空间六维力作用下的误差补偿方法，其中该6‐PSS并联机器人在空间六维力作用下的误差补偿方法包括步骤：

(a)获得用于连接一静平台10和一动平台20的各个杆件30在空间六维力作用下的变形量；

(b)获得该动平台20在各个该杆件30的变形量的影响下的位姿；

(c)根据该动平台20的位姿，通过运动学逆解的方式获得位于该静平台10上的各个滑块40的位移量；

(d)根据各个该滑块40的位移量，对各个该杆件30引起的误差进行补偿。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但该内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，其特征在于，6-PSS并联机器人在空间六维力作用下的误差补偿方法包括步骤：

(a)获得用于连接一动平台和一静平台的各个杆件在空间六维力作用下的变形量；

(b)获得该动平台在各个该杆件的变形量的影响下的位姿；

(c)根据该动平台的位姿，通过运动学逆解的方式获得位于该静平台的各个滑块的位移量；以及

(d)根据各个该滑块的位移量，对各个该杆件引起的误差进行补偿。

2.如权利要求1所述的一种六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，其特征在于，用于连接该动平台和该静平台的该杆件的数量为六个。

3.如权利要求2所述的一种六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，其特征在于，各个该杆件均为二力杆。

4.如权利要求1至3中的任意一个所述的一种六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，其特征在于，各个该杆件和该动平台通过球铰进行连接，各个该杆件和该静平台通过球铰进行连接。

5.如权利要求1至3中的任意一个所述的一种六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，其特征在于，在该步骤(d)中，通过电机控制各个该滑块移动，以对各个该杆件引起的误差进行补偿。

6.如权利要求4所述的一种六维气动力产生的高机动风洞试验末端位姿误差补偿法，其特征在于，在该步骤(d)中，通过电机控制各个该滑块移动，以对各个该杆件引起的误差进行补偿。