CN108145699B - 管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂及其控制方法，该并联机器臂包括静平台、动平台、上限位光电传感器、下限位光电传感器、光栅尺传感器和并联控制器，在静平台和动平台之间均布有多个管式直线电机，每个管式直线电机均包括外圆管和驱动轴，外圆管内沿轴向设有相连通的运动腔和驱动腔，运动腔的直径大于驱动腔的直径，驱动轴伸入运动腔的上端设有限位块，上限位光电传感器、下限位光电传感器分别对应设于驱动腔的两端，光栅尺传感器设于电机定子绕组与驱动轴之间，并联控制器分别连接上限位光电传感器、下限位光电传感器和光栅尺传感器，并经电机驱动器连接电机定子绕组。与现有技术相比，本发明具有重量轻、体积小、运动速度快、效率高等优点。

Description

管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂及其控制方法

技术领域

本发明涉及工业机器臂领域，尤其是涉及一种管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂及其控制方法，特别适用于食品、药品和电子产品等轻工业领域自动化生产线。

背景技术

现有工业领域应用的并联机器臂主要有旋转伺服电机驱动动的DELTA并联机器人和由液压缸直接驱动或电动推杆驱动的Stewart并联机器人。Stewart并联机器臂刚度大、承载能力强，机械结构复杂，体型笨重，主要应用于重工业领域，相比Stewart并联机器臂，DELTA机器臂属于高速、轻载的并联机器人，主要应用于食品、药品和电子产品等加工、装配。但DELTA机器臂除了伺服电机和减速器输出驱动源，还需3组或6组的主动臂、从动臂组成的两连杆运动，才能实现运动平台三自由度或六自由度运动，体型较大且机械结构复杂，因此不适合用于空间狭小的自动化生产流水线。

管式直线同步伺服电机具有额外损耗低、结构简单、体积小以及快速响应能力好等特点。本发明所设计六自由度并联机器臂，由新型一体化管式直线同步伺服电机、静平台和动平台组成，其结构简单，重量轻、运动惯量小、响应速度快和安装方便。因此本发明所设计的管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂可应用于高精密加工和装配工业领域，而简化的三自由度并联机器臂广泛应用于食品、药品和电子产品加工等工业生产自动化领域。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有轻工业领域应用的并联机器臂的不足而提供一种管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂及其控制方法，具有重量轻、体积小、运动速度快、效率高等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂，包括静平台、动平台、上限位光电传感器、下限位光电传感器、光栅尺传感器和并联控制器，在静平台和动平台之间均布有多个管式直线电机，每个管式直线电机均包括外圆管和驱动轴，所述外圆管内沿轴向设有相连通的运动腔和驱动腔，所述运动腔的直径大于驱动腔的直径，所述驱动腔内沿轴向设有多个带有电机定子绕组的电机定子铁芯，所述驱动轴穿过驱动腔，驱动轴伸入运动腔的上端设有限位块，驱动轴位于外圆管外的下端通过一球面运动副连接动平台的顶面，驱动轴上沿轴向上内嵌有多个与电机定子绕组相配合的永磁体，外圆管位于运动腔一侧的端部通过一球面运动副连接静平台的底面，所述上限位光电传感器、下限位光电传感器分别对应设于驱动腔的两端，所述光栅尺传感器设于电机定子绕组与驱动轴之间，所述并联控制器分别连接上限位光电传感器、下限位光电传感器和光栅尺传感器，并经电机驱动器连接电机定子绕组。

所述静平台的顶面上设有多个用于安装的Z形支架，所述Z形支架包括两个呈中心对称设置的直角支架，每个直角支架均包括两个底面板和两个三角形固定板，所述两个底面板相垂直，两个底面板上均设有多个用于安装的固定过孔，每个三角形固定板的一直角边与一底面板连接，每个三角形固定板的另一直角边与另一底面板连接，两个直角支架的一底面板背对背设置且两个直角支架的三角形固定板的斜边相平行。

所述光栅尺传感器包括相配合的指示光栅和标尺光栅，所述标尺光栅固定在电机定子铁芯上，所述指示光栅固定在驱动轴上。

所述动平台的中心处设有圆形过孔，所述动平台和静平台上分别均布有多个用于安装的螺纹孔。

一种上述管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，包括以下步骤：

1)根据运动轨迹规划算法得到每个位置控制周期的动平台中心点的六自由度目标位置，通过六自由度并联机器臂空间运动数学模型得到每个管式直线电机的驱动轴的长度位置给定信号，同时根据规划的运动轨迹和六自由度并联机器臂动力学模型，计算出每个位置控制周期的对应六自由度目标位置的每个管式直线电机输出的参考直线推力；

2)实时采集驱动轴的位置实时信号，步骤1)得到的长度位置给定信号与位置实时信号的差值以及步骤1)得到的参考直线推力输入位置控制单元，位置控制单元通过前馈补偿得到电机推力电流给定信号；

3)实时采集管式直线电机的三相电流信号，步骤2)得到的电机推力电流给定信号与三相电流信号的差值输入电流控制单元，电流控制单元通过电流内环控制向管式直线电机输出电机电流控制信号。

所述每个管式直线电机的驱动轴的长度位置给定信号(l₁,...,l_i,...,l_n)满足以下公式：

式中，以静平台的中心点为原点建立静坐标系OXYZ，以动平台的中心点为原点建立动坐标系O_pX_pY_pZ_p，q表示静坐标系下动平台中心点的六自由度目标位置，q＝[x y zφθψ]，l_i表示第i个管式直线电机的驱动轴的长度位置给定信号，l_A为管式直线同步伺服电机外圆管的长度，n表示管式直线电机的个数，^AR_B为动坐标系到静坐标系的旋转顺序ZYZ的变换矩阵，该矩阵^AR_B的变量为位姿欧拉角(φ,θ,ψ)，^Bb_i为动坐标系下动平台与第i个管式直线电机连接处的坐标位置，(x,y,z)表示动平台中心点在静坐标系下的坐标位置，^Aa_i为静坐标系下静平台与第i个管式直线电机连接处的坐标位置。

所述每个管式直线电机输出的参考直线推力(f₁,...,f_i,...,f_n)满足以下公式：

E＝T+P+∑(^T _i+P_i+T_ci+P_ei)

式中，f_i表示第i个管式直线电机输出的参考直线推力，为q对时间t的求导，T表示动平台的总动能，P表示动平台的势能，T_i表示第i个管式直线电机的驱动轴的动能，P_i表示第i个管式直线电机的驱动轴的势能，T_ci表示第i个管式直线电机的外圆管的动能，P_ei表示第i个管式直线电机的外圆管的势能。

动平台的总动能T满足以下公式：

式中，m_p表示动平台的质量，表示Q对时间t的求导，/>分别表示动平台绕动坐标系X_p、Y_p、Z_p轴的惯量矩阵；

动平台的势能P满足以下公式：

P＝[0 0 m_pg 0 0 0]^Tq

式中，g表示重力加速度；

第i个管式直线电机的驱动轴的动能T_i满足以下公式：

式中，m_i表示第i个管式直线电机的驱动轴质量，v_ai表示第i个管式直线电机的驱动轴下端速度，v_bi表示第i个管式直线电机的驱动轴上端速度，l_B表示管式直线电机的驱动轴长度，J表示雅克比矩阵；

第i个管式直线电机的驱动轴的势能P_i满足以下公式：

P_i＝m_igz_i

第i个管式直线电机的外圆管的动能T_ci满足以下公式：

式中，m_ci表示第i个管式直线电机的外圆管质量；

第i个管式直线电机的外圆管的势能P_ei满足以下公式：

P_ei＝m_cigz_ei

所述位置控制单元的前馈补偿具体为：将由参考直线推力f_i计算出的前馈补偿电机推力电流信号与由长度位置给定信号与位置实时信号的差值计算出的位置电机推力电流信号相加，得到电机推力电流给定信号

所述电流控制单元的电流内环控制中，将电机电流控制信号的三相电流矢量分解成两个互相垂直、彼此独立的电流分量，即产生磁通的励磁电流分量和产生直线推力的电流分量，然后分别进行调节控制。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)管式直线电机具有额外损耗低、结构简单、体积小以及快速响应能力好等特点，本发明六自由度并联机器臂由新型一体化管式直线电机、静平台和动平台组成，新型一体化管式直线电机中设置光栅尺传感器，提高管式直线电机位置检测的精度，同时还设置了上下限位光电传感器和限位块，保证直线运动的驱动轴的运动范围在运动腔的起点和终点之间，避免驱动轴位置过冲而导致机械构件损坏，整体结构简单，重量轻、运动惯量小、响应速度快和安装方便。

2)管式直线同步电机驱动的六自由度并联机器臂位置控制分辨率高，可应用于高精密加工和装配工业领域，而简化的三自由度并联机器臂广泛应用于食品、药品和电子产品加工等工业生产自动化领域。

3)静平台的顶面上设有多个用于安装的Z形支架，通过采用Z形支架安装，静平台与自动化产线设备面板隔空产生空间用于安装电机驱动器和并联控制器的电气控制板等；Z形支架增加了机器臂与自动化生产线设备两者紧固部件的接触面，且使固定点外延于静平台，方便机器臂的调试和安装；双三角形固定的结构稳定。

4)动平台和静平台上分别均布有多个用于安装的螺纹孔，便于在不同位置固定配套设备，安装便捷，可拓展性好，动平台的中心处设有圆形过孔，便于安装固定动平台上末端驱动器的引线。

5)本发明所设计的并联机器臂不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，结构简化，运动惯量小，减小机械损耗和机械转动结构所造成的噪声，且采用步骤2)的前馈补偿控制克服了并联机器臂中在不同空间位置直线推力变化大对位置响应性能的影响，配合步骤1)实现六个管式直线电机快速位置跟踪控制，提高六自由度并联机器臂运动控制性能。

附图说明

图1为管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的整体结构示意图；

图2为管式直线电机的结构示意图；

图3为图2中π处局部放大示意图；

图4为动平台的结构示意图；

图5为静平台的结构示意图；

图6为Z形支架的结构示意图；

图7为管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂内部电路连接框图；

图8为管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法的流程图。

图中，1、静平台，2、动平台，21、圆形过孔，3、管式直线电机，31、上限位光电传感器，32、下限位光电传感器，33、光栅尺传感器，331、指示光栅，332、标尺光栅，34、外圆管，35、驱动轴，36、运动腔，37、驱动腔，38、电机定子绕组，39、电机定子铁芯，310、限位块，311、永磁体，312、电机驱动器，4、球面运动副，41、固定螺母，5、并联控制器，6、螺纹孔，7、Z形支架，71、直角支架，711、底面板，712、三角形固定板，713、安装螺母，714、固定过孔，8、螺纹固定孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2和图7所示，一种管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂包括静平台1、动平台2、上限位光电传感器31、下限位光电传感器32、光栅尺传感器33和并联控制器5，在静平台1和动平台2之间均布有多个管式直线电机3，本实施例中，管式直线电机3采用六个管式永磁同步直线电机，每个管式直线电机3均包括外圆管34和驱动轴35，外圆管34内沿轴向设有相连通的运动腔36和驱动腔37，运动腔36的直径大于驱动腔37的直径，驱动腔37内沿轴向设有多个带有电机定子绕组38的电机定子铁芯39，驱动轴35穿过驱动腔37，驱动轴35伸入运动腔36的上端设有限位块310，驱动轴35位于外圆管34外的下端通过一球面运动副4连接动平台2的顶面，驱动轴35上沿轴向上内嵌有多个与电机定子绕组38相配合的永磁体311，外圆管34位于运动腔36一侧的端部通过一球面运动副4连接静平台1的底面，上限位光电传感器31、下限位光电传感器32分别对应设于驱动腔37的两端，光栅尺传感器33设于电机定子绕组38与驱动轴35之间，并联控制器5分别连接上限位光电传感器31、下限位光电传感器32和光栅尺传感器33，并经电机驱动器312连接电机定子绕组38。在该并联机器臂中管式直线电机3的运动腔36的起点和终点各有一个限位光电传感器，保证直线运动的驱动轴35的运动范围在运动腔36的起点和终点之间，避免驱动轴35位置过冲而导致机械构件损坏。并联机器臂不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，结构简化，运动惯量小，减小机械损耗和机械转动结构所造成的噪声。

电机定子铁芯39上的电机定子绕组38(即三相绕组)通入三相对称正弦电流后，气隙中产生行波磁场。管式直线电机3驱动轴35上由磁极N、S永磁体311间隔排列，行波磁场和驱动轴35上磁极相互作用下产生电磁推力，推动管式直线电机3驱动轴35直线运动。如图3所示，光栅尺传感器33包括相配合的指示光栅331和标尺光栅332，标尺光栅332固定在电机定子铁芯39上，指示光栅331固定在驱动轴35上。指示光栅331和标尺光栅332进行相对位移时，在光的干涉和衍射共同作用下产生莫尔条纹，莫尔条纹处理后可得到两路相差90度的正弦波或方波，接入并联控制器5的电气控制板可测得驱动轴35位移大小和方向。

如图4和图5所示，动平台2和静平台1上分别均布有多个用于安装的螺纹孔6，便于在不同位置固定配套设备。本实施例中，动平台2和静平台1的形状均为正六边形，动平台2的中心处设有直径50mm的圆形过孔21，动平台2底面上的末端执行器的驱动和传感器线路通过圆形过孔21连接到静平台1上的并联控制器5上，圆形过孔21周边采用阵列M3螺纹孔6，阵列间距25mm*25mm，便于在不同位置固定末端执行器，静平台1中心处均布有阵列的25mm*25mm孔距M3螺纹孔6，便于在不同位置固定并联控制器5的电气控制板。

如图5和图6所示，静平台1的顶面上设有多个用于安装的Z形支架7，Z形支架7包括两个呈中心对称设置的直角支架71，每个直角支架71均包括两个底面板711和两个三角形固定板712，两个底面板711相垂直，两个底面板711上均设有多个用于安装的固定过孔714，每个三角形固定板712的一直角边与一底面板711通过安装螺母713连接，每个三角形固定板712的另一直角边与另一底面板711通过安装螺母713连接，两个直角支架71的一底面板711背对背，通过固定过孔714螺纹固定，且两个直角支架71的三角形固定板712的斜边相平行，构成Z形支架7，一个直角支架71的另一底面板711通过固定过孔714与静平台1的顶面螺纹固定连接，另一个直角支架71的另一底面板711通过固定过孔714固定在自动化产线的设备面板上，两个直角支架71的背对背设置的底面板711与静平台1的六边形侧边相平齐，完成六自由度并联机器臂静平台1的产线固定，方便六自由度并联机器臂的安装，且双三角形固定的结构稳定。通过采用Z形支架7安装，静平台1与自动化产线设备面板隔空产生空间用于安装电机驱动器312和并联控制器5的电气控制板等；Z形支架7增加了机器臂与自动化生产线设备两者紧固部件的接触面，且使固定点外延于静平台1，方便机器臂的调试和安装。

球面运动副4的底端有两个孔距M5的固定螺母41，分别用于与静平台1和动平台2的螺纹孔6固定连接，球面运动副4为三自由度球面运动副。动平台2六个角各有两个孔距M5的螺纹固定孔8，用于固定管式直线电机3驱动轴35下端球面运动副4的螺母，静平台1六个角各有两个孔距M5的螺纹固定孔8，用于固定管式直线电机3上端球运动副的螺母。

六个管式直线电机3、并联控制器5上电进入初始化，通过光栅尺传感器33采集直线运动的驱动轴35位置信息，并联控制器5根据位置信息产生控制信号，并通过电机驱动器312向管式直线电机3中定子铁芯内部的电机定子绕组38中通入三相对称正弦电流后，气隙中产生行波磁场，推动驱动轴35位置归零。初始化末端执行器，并联控制器5进入运动规划模式，如图8所示，运动规划模式中管式直线电机3驱动的六自由度并联机器臂的控制方法包括以下步骤：

1)根据运动轨迹规划算法得到每个位置控制周期的动平台2中心点的六自由度目标位置(x,y,z,φ,θ,ψ)(即末端执行器的六自由度目标位置)，通过六自由度并联机器臂空间运动数学模型(即公式(1))逆解得到每个管式直线电机3的驱动轴35的长度位置给定信号(l₁,l₂,l₃,l₄,l₅,l₆)，每个管式直线电机3的驱动轴35的长度位置给定信号(l₁,...,l_i,...,l_n)满足以下公式：

式中，以静平台1的中心点为原点建立静坐标系OXYZ，以动平台2的中心点为原点建立动坐标系O_pX_pY_pZ_p，动坐标系旋转顺序为ZYZ，q表示静坐标系下动平台2中心点的六自由度目标位置，q＝[x y zφθψ]，i为管式直线电机3的编号，l_i表示第i个管式直线电机3的驱动轴35的长度位置给定信号，l_A为管式直线同步伺服电机外圆管34的长度，n表示管式直线电机3的个数，本实施例中n＝6，^AR_B为动坐标系到静坐标系的旋转顺序ZYZ的旋转变换矩阵，该矩阵^AR_B的变量为末端执行器的位姿欧拉角(φ,θ,ψ)，^Bb_i为动坐标系下动平台2与第i个管式直线电机3连接处的坐标位置(即动平台2上固定螺母41的坐标位置)，(x,y,z)表示动平台2中心点在静坐标系下的坐标位置Q，^Aa_i为静坐标系下静平台1与第i个管式直线电机3连接处的坐标位置(即静平台1上固定螺母41的坐标位置)。

同时根据规划的运动轨迹和六自由度并联机器臂动力学模型，计算出每个位置控制周期的对应六自由度目标位置的每个管式直线电机3输出的参考直线推力(f₁,f₂,f₃,f₄,f₅,f₆)。

(1)动平台2的动能T₁：

动平台2旋转动能T₂：

动平台2总动能T：

式中，m_p表示动平台2的质量，表示Q对时间t的求导，I_p为动平台2的过质心的惯量矩阵，/> 分别表示动平台2绕动坐标系X_p、Y_p、Z_p轴的惯量矩阵。/>R_ω为欧拉运动学方程转换矩阵，/>T₁、T₂、I_p、A、R_ω、ω均为中间变量。

(2)动平台2的势能P：

P＝[0 0 m_pg 0 0 0]^Tq (5)

式中，g表示重力加速度。

(3)第i个管式直线电机3驱动轴35忽略旋转动能，且为均匀分布的杆体。则第i个管式直线电机3的驱动轴35的动能T_i：

式中，m_i表示第i个管式直线电机3的驱动轴质量，v_ai表示第i个管式直线电机3的驱动轴下端速度，v_bi表示第i个管式直线电机3的驱动轴上端速度，l_B表示管式直线电机3的驱动轴长度，J表示六自由度并联机器臂的雅克比矩阵，该雅克比矩阵J表示管式直线电机3的驱动轴输入速度到动平台输出速度/>的映射关系。

(4)第i个管式直线电机3的驱动轴35的势能P_i

式中，z_i为中间变量。

(5)第i个管式直线电机3外圆管34忽略旋转动能。则第i个管式直线电机3的外圆管34的动能T_ci：

式中，m_ci表示第i个管式直线电机3的外圆管质量，v_ci为中间变量。

(6)第i个管式直线电机3的外圆管34的势能P_ei：

式中，z_ei为中间变量。

根据拉格朗日动力学方程求出每个管式直线电机输出的参考直线推力(f₁,...,f_i,...,f_n)：

E＝T+P+∑(T_i+P_i+T_ci+P_ei)

式中，f_i表示第i个管式直线电机输出的参考直线推力，E为中间变量，为q对时间t的求导，/>表示动平台输出速度，/> 表示机器臂动平台2的线速度，表示机器臂动平台2的角速度。

2)利用光栅尺传感器33实时采集驱动轴35的位置实时信号，步骤1)得到的长度位置给定信号与位置实时信号的差值以及步骤1)得到的参考直线推力输入位置控制单元，位置控制单元通过前馈补偿得到电机推力电流给定信号 表示第i个管式直线电机3的电机推力电流给定信号。

位置控制单元中，针对并联机器臂在末端执行器不同位置时管式直线电机3直线推力差异大，将步骤1)中运动系统给定的参考直线推力(f₁,f₂,f₃,f₄,f₅,f₆)等效成位置控制的力干扰，位置控制单元通过前馈补偿该参考直线推力f_i输出，使实际位置伺服系统等效于无直线推力负载扰动的标称数学模型，则位置控制单元的前馈补偿具体为：将由参考直线推力f_i计算出的前馈补偿电机推力电流信号与由长度位置给定信号与位置实时信号的差值计算出的位置电机推力电流信号相加，作为电流内环控制环的给定信号(即)，克服六自由度并联机器臂运动过程中直线推力变化大的扰动，实现六个管式直线电机3快速位置跟踪控制，提高六自由度并联机器臂运动控制性能。

3)利用霍尔电流传感器实时采集管式直线电机3的三相电流信号，步骤2)得到的电机推力电流给定信号与三相电流信号的差值输入电流控制单元，电流控制单元通过电流内环控制向管式直线电机3输出电机电流控制信号。电流控制单元的电流内环控制环节中，根据位置角度将电机电流控制信号的三相电流矢量分解成两个互相垂直、彼此独立的电流分量，即产生磁通的励磁电流分量和产生直线推力的电流分量，然后分别进行调节控制。

Claims (7)

1.一种管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，其特征在于，提供一管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂，包括静平台、动平台、上限位光电传感器、下限位光电传感器、光栅尺传感器和并联控制器，在静平台和动平台之间均布有多个管式直线电机，每个管式直线电机均包括外圆管和驱动轴，所述外圆管内沿轴向设有相连通的运动腔和驱动腔，所述运动腔的直径大于驱动腔的直径，所述驱动腔内沿轴向设有多个带有电机定子绕组的电机定子铁芯，所述驱动轴穿过驱动腔，驱动轴伸入运动腔的上端设有限位块，驱动轴位于外圆管外的下端通过一球面运动副连接动平台的顶面，驱动轴上沿轴向上内嵌有多个与电机定子绕组相配合的永磁体，外圆管位于运动腔一侧的端部通过一球面运动副连接静平台的底面，所述上限位光电传感器、下限位光电传感器分别对应设于驱动腔的两端，所述光栅尺传感器设于电机定子绕组与驱动轴之间，所述并联控制器分别连接上限位光电传感器、下限位光电传感器和光栅尺传感器，并经电机驱动器连接电机定子绕组；

所述管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，包括以下步骤：

1)根据运动轨迹规划算法得到每个位置控制周期的动平台中心点的六自由度目标位置，通过六自由度并联机器臂空间运动数学模型得到每个管式直线电机的驱动轴的长度位置给定信号，同时根据规划的运动轨迹和六自由度并联机器臂动力学模型，计算出每个位置控制周期的对应六自由度目标位置的每个管式直线电机输出的参考直线推力；

2)实时采集驱动轴的位置实时信号，步骤1)得到的长度位置给定信号与位置实时信号的差值以及步骤1)得到的参考直线推力输入位置控制单元，位置控制单元通过前馈补偿得到电机推力电流给定信号；

3)实时采集管式直线电机的三相电流信号，步骤2)得到的电机推力电流给定信号与三相电流信号的差值输入电流控制单元，电流控制单元通过电流内环控制向管式直线电机输出电机电流控制信号；

所述每个管式直线电机的驱动轴的长度位置给定信号(l₁,...,l_i,...,l_n)满足以下公式：

式中，以静平台的中心点为原点建立静坐标系OXYZ，以动平台的中心点为原点建立动坐标系O_pX_pY_pZ_p，q表示静坐标系下动平台中心点的六自由度目标位置，q＝[x y z φ θψ]，l_i表示第i个管式直线电机的驱动轴的长度位置给定信号，l_A为管式直线同步伺服电机外圆管的长度，n表示管式直线电机的个数，^AR_B为动坐标系到静坐标系的旋转顺序ZYZ的变换矩阵，该矩阵^AR_B的变量为位姿欧拉角(φ,θ,ψ)，^Bb_i为动坐标系下动平台与第i个管式直线电机连接处的坐标位置，(x,y,z)表示动平台中心点在静坐标系下的坐标位置，^Aa_i为静坐标系下静平台与第i个管式直线电机连接处的坐标位置；

所述每个管式直线电机输出的参考直线推力(f₁,...,f_i,...,f_n)满足以下公式：

E＝T+P+∑(T_i+P_i+T_ci+P_ei)

式中，f_i表示第i个管式直线电机输出的参考直线推力，为q对时间t的求导，T表示动平台的总动能，P表示动平台的势能，T_i表示第i个管式直线电机的驱动轴的动能，P_i表示第i个管式直线电机的驱动轴的势能，T_ci表示第i个管式直线电机的外圆管的动能，P_ei表示第i个管式直线电机的外圆管的势能。

2.根据权利要求1所述的管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，其特征在于，所述静平台的顶面上设有多个用于安装的Z形支架，所述Z形支架包括两个呈中心对称设置的直角支架，每个直角支架均包括两个底面板和两个三角形固定板，所述两个底面板相垂直，两个底面板上均设有多个用于安装的固定过孔，每个三角形固定板的一直角边与一底面板连接，每个三角形固定板的另一直角边与另一底面板连接，两个直角支架的一底面板背对背设置且两个直角支架的三角形固定板的斜边相平行。

3.根据权利要求1所述的管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，其特征在于，所述光栅尺传感器包括相配合的指示光栅和标尺光栅，所述标尺光栅固定在电机定子铁芯上，所述指示光栅固定在驱动轴上。

4.根据权利要求1所述的管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，其特征在于，所述动平台的中心处设有圆形过孔，所述动平台和静平台上分别均布有多个用于安装的螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，其特征在于，动平台的总动能T满足以下公式：

式中，m_p表示动平台的质量，表示Q对时间t的求导，/>分别表示动平台绕动坐标系X_p、Y_p、Z_p轴的惯量矩阵；

动平台的势能P满足以下公式：

P＝[0 0 m_pg 0 0 0]^Tq

式中，g表示重力加速度；

第i个管式直线电机的驱动轴的动能T_i满足以下公式：

式中，m_i表示第i个管式直线电机的驱动轴质量，v_ai表示第i个管式直线电机的驱动轴下端速度，v_bi表示第i个管式直线电机的驱动轴上端速度，l_B表示管式直线电机的驱动轴长度，J表示雅克比矩阵；

第i个管式直线电机的驱动轴的势能P_i满足以下公式：

P_i＝m_igz_i

第i个管式直线电机的外圆管的动能T_ci满足以下公式：

式中，m_ci表示第i个管式直线电机的外圆管质量；

第i个管式直线电机的外圆管的势能P_ei满足以下公式：

P_ei＝m_cigz_ei

6.根据权利要求1所述的管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，其特征在于，所述位置控制单元的前馈补偿具体为：将由参考直线推力计算出的前馈补偿电机推力电流信号与由长度位置给定信号与位置实时信号的差值计算出的位置电机推力电流信号相加，得到电机推力电流给定信号。

7.根据权利要求1所述的管式直线电机驱动的六自由度并联机器臂的控制方法，其特征在于，所述电流控制单元的电流内环控制中，将电机电流控制信号的三相电流矢量分解成两个互相垂直、彼此独立的电流分量，即产生磁通的励磁电流分量和产生直线推力的电流分量，然后分别进行调节控制。