CN110119100A - 一种可调型六自由度平台的智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调型六自由度平台的智能控制系统，包括平台模块、动力模块以及控制模块；所述平台模块包括上支撑架、下支撑架、油缸、铰接底座和安装座；所述上支架导轨和下支架导轨上下交错设置，所述上支架导轨和下支架导轨对向内侧分别设置有可向所述上支撑架和下支撑架中心旋转抬升的铰接底座，所述铰接底座上设置有两个安装座，所述安装座与所述油缸铰接；所述动力模块包括伺服电机和减速机；所述动力模块在所述控制模块的驱动下驱动所述铰接底座旋转，所述油缸在所述控制模块的驱动下伸缩。本发明灵活的根据不同实际工况，调节铰接底座到上支撑架和下支撑架中心的距离以及铰接底座上表面的倾角，从而合理分配各个油缸的荷载。

Description

一种可调型六自由度平台的智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工作平台技术领域，具体涉及一种可调型六自由度平台的智能控制系统及方法。

背景技术

六自由度平台是由六个油缸，上下各六只万向铰链和上下两个平台组成，下平台固定在基础上，接触六个油缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。现有技术经过仿真、试验才能将六自由度平台与其所搭载的设备拼装使用，而且六自由度平台还要根据不同的工况和应用对象，重新进行设计，无法在较短时间内使现有六自由度平台对其所搭载的设备进行相匹配的自动机构调整。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种可调型六自由度平台的智能控制系统及方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种可调型六自由度平台的智能控制系统，包括平台模块、动力模块以及控制模块；所述平台模块包括上支撑架、下支撑架、油缸、铰接底座和安装座；所述上支撑架沿中心射线方向向外侧延伸出三个上支架导轨，所述下支撑架沿中心射线方向向外侧延伸出三个下支架导轨，所述上支架导轨和下支架导轨均成等距圆周列阵；所述上支架导轨和下支架导轨上下交错设置，所述上支架导轨和下支架导轨对向内侧分别设置有可向所述上支撑架和下支撑架中心旋转抬升的铰接底座，所述铰接底座上设置有两个安装座，所述安装座与所述油缸铰接；每个所述上支架导轨的两个油缸分别与对向相邻的所述下支架导轨的安装座相连；所述动力模块包括伺服电机和减速机；

所述动力模块在所述控制模块的驱动下驱动所述铰接底座旋转，所述油缸在所述控制模块的驱动下伸缩。

更进一步的说明，所述上支架导轨和下支架导轨中心均设有导槽；所述导槽中心设有沿导槽滑动的夹紧滑块，所述铰接底座设置在所述夹紧滑块上；所述导轨单边设有导轨齿条；所述铰接底座包括上铰接底座和下铰接底座，所述上铰接底座设置在所述下铰接底座外侧，且所述上铰接底座的上表面为向所述上支撑架和下支撑架中心倾斜的斜面；所述下铰接底座中部设有齿轮轴，所述齿轮轴与所述上铰接底座的齿条啮合；所述下铰接底座底部设有齿轮，所述齿轮与所述导轨齿条啮合；所述动力模块在所述控制模块的驱动下分别驱动所述齿轮和齿轮轴。

更进一步的说明，所述安装座之间通过轴承连接有旋转块，所述旋转块在所述安装座内具有一个自由度的旋转运动，所述旋转块与所述油缸的耳环连接。

更进一步的说明，所述旋转块中心设置有空腔，所述油缸的耳环伸入到所述空腔中，并通过螺栓与所述旋转块固定。

更进一步的说明，每个所述铰接底座上的安装座对称设置，且所述安装座通过螺栓固定到所述铰接底座上。

更进一步的说明，所述上支撑架和下支撑架等距交错设置，所述上支架导轨与相邻的下支架导轨之间的角度一致。

使用如权利要求2-6任一项可调型六自由度平台的智能控制系统的方法，包括如下步骤：

步骤一，将平台模块通过控制模块自动调整或人工调整到初始结构状态；

步骤二，向所述控制模块输入六个自由度的位移参数，所述控制模块向所述动力模块下达指令，控制所述伺服电机和减速机分别对所述铰接底座的在所述上支架导轨和下支架导轨上的位移以及所述铰接底座的角度变化进行调节；所述伺服电机和减速机驱动所述齿轮转动，使所述铰接底座在所述上支架导轨和下支架导轨上滑动，滑动到位减速机制动自锁；所述伺服电机和减速机控制所述齿轮轴转动，调整所述铰接底座的倾角。

更进一步的说明，所述步骤一中自动调整方法包括如下步骤：在所述控制模块中编写载荷与结构分力之间的关联分析算法，通过输入平台模块承载物体的几何重心、重量，从而计算出最适合该工况的数学模型，所述控制模块将所述铰接底座到所述上支架和下支架中心的距离、铰接底座的倾角这两个参数的数字量转换成模拟量，控制所述动力模块对所述平台模块进行调整，使六自由度平台初始结构与数学模型一致；

所述人工调整方法包括如下步骤：在控制模块直接输入所述铰接底座的位移量和转动量，所述控制模块控制所述动力模块，所述平台模块初始结构改变，数学模型根据变化量自动更新，通过关联分析算法解出各个方向的极限位置可承受的最大载荷。

本发明的有益效果：灵活的根据不同实际工况，调节铰接底座到上支撑架和下支撑架中心的距离以及铰接底座上表面的倾角，从而合理分配各个油缸的荷载，同时也可以使用两种调节方式，精确计算出各个油缸的荷载极限情况。在使用自动调整模式时，由于平台模块的载荷与结构分力之间的力学结构关系具有关联性，通过编写关联分析算法，并输入平台模块的承载物体的集合中心，重量，就可以生成最适合该工况的数学模型；当使用人工调整的方式时，在控制模块直接输入所述铰接底座的位移量和转动量，所述控制模块控制所述动力模块，所述平台模块初始结构改变，数学模型根据变化量自动更新，通过关联分析算法解出各个方向的极限位置可承受的最大载荷，更新出新的数学模型。两种方式都可以可靠的调节平台模块的初始结构，以适应各种工况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明的一个实施例的整体结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的主视图；

图3是本发明的一个实施例的俯视图；

图4是本发明的一个实施例的铰接底座的示意图；

图5是本发明的一个实施例的流程图；

图6是本发明的一个实施例的逻辑图；

图7是本发明的一个实施例的逻辑图。

其中：上支撑架1、上支架导轨11、下支撑架2、下支架导轨21、油缸3、铰接底座4、上铰接底座41、下铰接底座42、齿轮轴43、安装座6、旋转块7、空腔71、导槽01和夹紧滑块02。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-图7所示，一种可调型六自由度平台的智能控制系统，包括平台模块、动力模块以及控制模块；所述平台模块包括上支撑架1、下支撑架2、油缸3、铰接底座4和安装座6；所述上支撑架1沿中心射线方向向外侧延伸出三个上支架导轨11，所述下支撑架2沿中心射线方向向外侧延伸出三个下支架导轨21，所述上支架导轨11和下支架导轨21均成等距圆周列阵；所述上支架导轨11和下支架导轨21上下交错设置，所述上支架导轨11和下支架导轨21对向内侧分别设置有可向所述上支撑架1和下支撑架2中心旋转抬升的铰接底座4，所述铰接底座4上设置有两个安装座6，所述安装座6与所述油缸3铰接；每个所述上支架导轨11的两个油缸3分别与对向相邻的所述下支架导轨21的安装座6相连；所述动力模块包括伺服电机和减速机；

所述动力模块在所述控制模块的驱动下驱动所述铰接底座4旋转，所述油缸3在所述控制模块的驱动下伸缩。

通过分别控制交错设置的油缸3，可以调整上支撑架1在六个自由度内做出不同的动作，由于油缸3的两端设置在可以抬升的铰接底座4上，在调整上支撑架1的状态时，除了可以调节油缸3的伸缩，还可以调整铰接底座4的倾斜角度，因此当上支撑架1处在某一固定的状态时，就会有不同的油缸3与铰接底座4的配合与之适应，由此就可以适应不同的工况，在不同的工况下灵活调整油缸3的伸缩程度以及铰接底座4的倾角，使每个油缸3达到最佳的承受应力的状态。

更进一步的说明，所述上支架导轨11和下支架导轨21中心均设有导槽01；所述导槽01中心设有沿导槽01滑动的夹紧滑块02，所述铰接底座4设置在所述夹紧滑块02上；所述导轨单边设有导轨齿条；所述铰接底座4包括上铰接底座41和下铰接底座42，所述上铰接底座41设置在所述下铰接底座42外侧，且所述上铰接底座41的上表面为向所述上支撑架1和下支撑架2中心倾斜的斜面；所述下铰接底座42中部设有齿轮轴43，所述齿轮轴43与所述上铰接底座41的齿条啮合；所述下铰接底座42底部设有齿轮，所述齿轮与所述导轨齿条啮合；所述动力模块在所述控制模块的驱动下分别驱动所述齿轮和齿轮轴43。

在伺服电机和减速机的带动下，通过齿轮齿条的配合方式，调整铰接底座4的位移量和角度转动量，从而灵活调整在不同工况下，六自由度平台达到合理的负载情况，而且齿轮齿条的配合方式可以精准计算出私服电机的转动量和铰接底座4位移量和角度转动量之间的关系，方便控制模块快速运算进行调控。

更进一步的说明，所述安装座6之间通过轴承连接有旋转块7，所述旋转块7在所述安装座6内具有一个自由度的旋转运动，所述旋转块7与所述油缸3的耳环连接。

因为铰接底座4需要作出角度调节以及位置调节，为了方便模拟计算每个油缸3的载荷，将与油缸3铰接的旋转块7限定为一个自由度的旋转动作，方便调控。

更进一步的说明，所述旋转块7中心设置有空腔71，所述油缸3的耳环伸入到所述空腔71中，并通过螺栓与所述旋转块7固定。

这样可以保持油缸3与旋转块7的连接点在旋转块7的中心，方便在调整铰接底座4的倾角时计算油缸3的荷载，同时也方便油缸3和旋转块7的拆卸。

更进一步的说明，每个所述铰接底座4上的安装座6对称设置，且所述安装座6通过螺栓固定到所述铰接底座4上。

各个油缸3的伸缩时需要协调进行，保持整个平台的受力平衡，当安装座6对称设置后，与安装座6相连的各个油缸3彼此之间等距交错，方便对油缸3进行调控。

更进一步的说明，所述上支撑架1和下支撑架2等距交错设置，所述上支架导轨11与相邻的下支架导轨21之间的角度一致。

当上支撑架1和下支撑架2等距交错设置，且上支架导轨11与相邻的下支架导轨21之间的角度一致时，就可以轻松的保持平台整体框架的协调性，方便对平台各个参数的调控。

使用如权利要求2-6任一项可调型六自由度平台的智能控制系统的方法，包括如下步骤：

步骤一，将平台模块通过控制模块自动调整或人工调整到初始结构状态；

步骤二，向所述控制模块输入六个自由度的位移参数，所述控制模块向所述动力模块下达指令，控制所述伺服电机和减速机分别对所述铰接底座4的在所述上支架导轨11和下支架导轨21上的位移以及所述铰接底座4的角度变化进行调节；所述伺服电机和减速机驱动所述齿轮转动，使所述铰接底座4在所述上支架导轨11和下支架导轨21上滑动，滑动到位减速机制动自锁；所述伺服电机和减速机控制所述齿轮轴43转动，调整所述铰接底座4的倾角。

更进一步的说明，所述步骤一中自动调整方法包括如下步骤：在所述控制模块中编写载荷与结构分力之间的关联分析算法，通过输入平台模块承载物体的几何重心、重量，从而计算出最适合该工况的数学模型，所述控制模块将所述铰接底座4到所述上支架和下支架中心的距离、铰接底座4的倾角这两个参数的数字量转换成模拟量，控制所述动力模块对所述平台模块进行调整，使六自由度平台初始结构与数学模型一致；

所述人工调整方法包括如下步骤：在控制模块直接输入所述铰接底座4的位移量和转动量，所述控制模块控制所述动力模块，所述平台模块初始结构改变，数学模型根据变化量自动更新，通过关联分析算法解出各个方向的极限位置可承受的最大载荷。

由于控制模块需要在初始的数学模型基础上进行调控，也即在六自由度平台初始结构的基础上进行后续的动作，因此六自由度平台的初始结构调整非常重要。在使用自动调整模式时，由于平台模块的载荷与结构分力之间的力学结构关系具有关联性，通过编写关联分析算法，并输入平台模块的承载物体的集合中心，重量，就可以生成最适合该工况的数学模型；当使用人工调整的方式时，在控制模块直接输入所述铰接底座4的位移量和转动量，所述控制模块控制所述动力模块，所述平台模块初始结构改变，数学模型根据变化量自动更新，通过关联分析算法解出各个方向的极限位置可承受的最大载荷，更新出新的数学模型。两种方式都可以可靠的调节平台模块的初始结构，以适应各种工况。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种可调型六自由度平台的智能控制系统，其特征在于：包括平台模块、动力模块以及控制模块；所述平台模块包括上支撑架、下支撑架、油缸、铰接底座和安装座；所述上支撑架沿中心射线方向向外侧延伸出三个上支架导轨，所述下支撑架沿中心射线方向向外侧延伸出三个下支架导轨，所述上支架导轨和下支架导轨均成等距圆周列阵；所述上支架导轨和下支架导轨上下交错设置，所述上支架导轨和下支架导轨对向内侧分别设置有可向所述上支撑架和下支撑架中心旋转抬升的铰接底座，所述铰接底座上设置有两个安装座，所述安装座与所述油缸铰接；每个所述上支架导轨的两个油缸分别与对向相邻的所述下支架导轨的安装座相连；所述动力模块包括伺服电机和减速机；

所述动力模块在所述控制模块的驱动下驱动所述铰接底座旋转，所述油缸在所述控制模块的驱动下伸缩。

2.根据权利要求1所述的一种可调型六自由度平台的智能控制系统，其特征在于：所述上支架导轨和下支架导轨中心均设有导槽；所述导槽中心设有沿导槽滑动的夹紧滑块，所述铰接底座设置在所述夹紧滑块上；所述导轨单边设有导轨齿条；所述铰接底座包括上铰接底座和下铰接底座，所述上铰接底座设置在所述下铰接底座外侧，且所述上铰接底座的上表面为向所述上支撑架和下支撑架中心倾斜的斜面；所述下铰接底座中部设有齿轮轴，所述齿轮轴与所述上铰接底座的齿条啮合；所述下铰接底座底部设有齿轮，所述齿轮与所述导轨齿条啮合；所述动力模块在所述控制模块的驱动下分别驱动所述齿轮和齿轮轴。

3.根据权利要求2所述的一种可调型六自由度平台的智能控制系统，其特征在于：所述安装座之间通过轴承连接有旋转块，所述旋转块在所述安装座内具有一个自由度的旋转运动，所述旋转块与所述油缸的耳环连接。

4.根据权利要求3所述的一种可调型六自由度平台的智能控制系统，其特征在于：所述旋转块中心设置有空腔，所述油缸的耳环伸入到所述空腔中，并通过螺栓与所述旋转块固定。

5.根据权利要求2所述的一种可调型六自由度平台的智能控制系统，其特征在于：每个所述铰接底座上的安装座对称设置，且所述安装座通过螺栓固定到所述铰接底座上。

6.根据权利要求1所述的一种可调型六自由度平台的智能控制系统，其特征在于：所述上支撑架和下支撑架等距交错设置，所述上支架导轨与相邻的下支架导轨之间的角度一致。

7.使用如权利要求2-6任一项可调型六自由度平台的智能控制系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将平台模块通过控制模块自动调整或人工调整到初始结构状态；

步骤二，向所述控制模块输入六个自由度的位移参数，所述控制模块向所述动力模块下达指令，控制所述伺服电机和减速机分别对所述铰接底座的在所述上支架导轨和下支架导轨上的位移以及所述铰接底座的角度变化进行调节；所述伺服电机和减速机驱动所述齿轮转动，使所述铰接底座在所述上支架导轨和下支架导轨上滑动，滑动到位减速机制动自锁；所述伺服电机和减速机控制所述齿轮轴转动，调整所述铰接底座的倾角。

8.根据权利要求7所述的一种可调型六自由度平台的智能控制系统的方法，其特征在于：所述步骤一中自动调整方法包括如下步骤：在所述控制模块中编写载荷与结构分力之间的关联分析算法，通过输入平台模块承载物体的几何重心、重量，从而计算出最适合该工况的数学模型，所述控制模块将所述铰接底座到所述上支架和下支架中心的距离、铰接底座的倾角这两个参数的数字量转换成模拟量，控制所述动力模块对所述平台模块进行调整，使六自由度平台初始结构与数学模型一致；

所述人工调整方法包括如下步骤：在控制模块直接输入所述铰接底座的位移量和转动量，所述控制模块控制所述动力模块，所述平台模块初始结构改变，数学模型根据变化量自动更新，通过关联分析算法解出各个方向的极限位置可承受的最大载荷。