CN114310844A - 一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置 - Google Patents

一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114310844A
CN114310844A CN202111551129.8A CN202111551129A CN114310844A CN 114310844 A CN114310844 A CN 114310844A CN 202111551129 A CN202111551129 A CN 202111551129A CN 114310844 A CN114310844 A CN 114310844A
Authority
CN
China
Prior art keywords
parallel mechanism
precision
movable platform
motion
platform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111551129.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114310844B (zh
Inventor
刘志华
符磊
蔡晨光
吕琦
陶猛
夏岩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Metrology
Guizhou University
Original Assignee
National Institute of Metrology
Guizhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Metrology, Guizhou University filed Critical National Institute of Metrology
Priority to CN202111551129.8A priority Critical patent/CN114310844B/zh
Publication of CN114310844A publication Critical patent/CN114310844A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114310844B publication Critical patent/CN114310844B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于精密作业的计量集成并联装置，包括：拉杆并联机构和Stewart并联机构。所述拉杆并联机构的平台与所述Stewart并联机构的动平台为同一个平台，所述Stewart并联机构的静平台位于动平台正下方，通过六条伸缩腿与动平台相连接。所述拉杆并联机构通过六根定长且刚性良好的拉杆与所述Stewart并联机构的动平台相连接，拉杆的另一端与六条竖直的高精密导轨相连，将动平台的位姿转换为导轨上滑块的往复直线运动。高精度六自由度计量系统由六个直线光栅尺、光栅读数头以及六个对应的滑块铰点以一定的规律组成，在动平台的运动过程中测量动态位姿，并实时解算出动平台的运动误差；最后通过对Stewart并联机构的动态精度补偿，实现动平台高精度的运动轨迹合成。

Description

一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置
技术领域
本发明属于精密作业装备领域，特别涉及一种能实现多种运动轨迹、能进行动态精度补偿的、且只需一次装夹就能实现多种运动轨迹校准的计量集成并联机器人装置。
背景技术
精度是影响Stewart并联机构在精密作业领域的一大技术难题，在Stewart并联机构作业过程中主要的位置或轨迹的误差来源可分为本体运动误差和载荷引起的误差两大类。本体运动误差是由并联机构自身的固有属性导致的，可以看作为末端空载状态下的定位误差。而在计量领域内影响Stewart并联机构作业的主要是运动误差。而根据误差来源Stewart并联机构的作业精度补偿主要包括两类：一类为修正Stewart并联机构的结构误差可有效的提高机构自身的绝对定位精度，即运动学标定。其中运动学标定主要为Stewart并联机构的运动学建模和参数识别的问题。通过解耦出来的Stewart并联机构结构误差补偿进入控制系统，从而提高Stewart并联机构的运动精度。另一类为作业误差补偿，即Stewart并联机构在运行过程中除了自身导致的误差，还会随着运行轨迹产生一个相应的动态误差，在高精度的作业环境中，对此动态误差引起的定位误差进行补偿是不可或缺的环节。
鉴于此，本发明通过引入高精度六自由度计量系统，在Stewart并联机构的终端安装拉杆并联机构，将Stewart并联机构的运动位置和姿态的轨迹转化为滑块沿着导轨的往复直线运动，通过光栅尺精确测量滑块的直线运动轨迹，实时解算出Stewart并联机构动平台的位姿，对Stewart并联机构的运动误差进行动态精度补偿，确保终端平台在作业过程中的高运动精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于精密作业的并联机器人装置，系统集成了高精度计量系统，能够实时测量运动误差，并进行动态精度补偿。
本发明的技术方案是：该计量集成并联机器人装置由拉杆并联机构和Stewart并联机构组成，其中所述拉杆并联机构与所述Stewart并联机构的动平台共用1个平台，所述Stewart并联机构的静平台位于动平台下端，通过6条伸缩腿与动平台相连接。
所述Stewart并联机构由静平台、动平台和6条伸缩腿组成；所述伸缩腿两端通过虎克铰分别与动平台和静平台相连接，伸缩腿在伺服电机驱动下伸长或缩短，实现动平台相对静平台的位置和姿态的运动。
所述拉杆并联机构由6根刚性良好的定长杆、6根高精密的导轨、动平台组成；其中所述的动平台上安装有安装块；所述的导轨滑块上也安装有安装块；所述定长杆两端通过关节轴承分别与动平台安装块，以及导轨滑块安装块相连接，从而能实现将动平台的位姿转化为导轨滑块的直线运动；所述导轨为竖直安装在外框架上，通过定长杆有效的将动平台的位置和姿态运动转化为滑块在导轨上的直线运动。
所述高精度六自由度计量系统由6根光栅尺和精确测量点组成，其中所述光栅尺通过光栅安装件分别有规律的安装于外框架上，其中6根光栅与6根导轨一一对应安装于外框架上；所述精确测量点分别布置在Stewart并联机构动平台安装块万向节中心；所述光栅尺的测量端点为拉杆与滑块安装块连接的万向节中心，通过导轨滑块的直线往复运动，实时测量解算动平台的位姿。
所述Stewart并联机构为一个半闭环控制回路，通过集成高精度六自由度计量系统形成全闭环控制回路；所述高精度六自由度计量系统能解算出动平台的动态运动误差，并对Stewart并联机构进行动态的精度补偿，确保终端平台的高运动精度。
本发明的有益效果为：
(1)将高精度六自由度计量系统集成于并联机器人作业装置，通过定长杆将动平台的运动位姿实时转化为导轨滑块的直线往复运动。
(2)作业过程中，光栅尺通过精确测量点测量滑块的往复直线运动，并解算出此时的动平台实际位姿，以及此时的运动误差，用于Stewart并联机构控制的动态精度补偿，确保终端平台的高运动精度。
附图说明
附图1为计量集成并联机器人装置示意图；
附图2为测量运动误差与动态精度补偿的原理；
附图3为Stewart并联机构生成的空间椭圆轨迹示意图；
附图4为拉杆并联机构示意图；
附图5为Stewart并联机构示意图；
附图6为定长杆示意图。
附图7为高精度六自由度计量系统示意图。
图中标号：
1-定长杆；2-关节轴承；3-导轨；4-滑块；5-外框架；6-光栅尺；7-读数头；8-滑块安装块；9-动平台安装块；10-动平台；11-伸缩腿；12-上虎克铰；13-下虎克铰；14-驱动电机；15-上虎克铰安装块；16-下虎克铰安装块；17-静平台；18-膨胀螺钉；19-精确测量点。
具体实施方式
本发明提供了一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置，下面结合附图和具体实施例对本发明做详细描述。
图1为一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置的示意图。定长杆1、导轨3、滑块4、动平台10组成拉杆并联机构。静平台17、动平台10、伸缩腿11组成Stewart并联机构。该装置由拉杆并联机构和Stewart并联机构组成，拉杆并联机构与Stewart并联机构共用一个动平台。Stewart并联机构的动平台10在伸缩腿11的驱动下，可以实现多种位置和姿态的运动轨迹，而通过定长杆1将动平台10的位姿实时动态转化为滑块4沿着导轨3的往复直线运动。
图2为测量运动误差与动态精度补偿的原理。当上位机输出期望位姿命令，控制系统控制Stewart并联机构生成相应的空间轨迹，而此时Stewart并联机构终端安装的拉杆并联机构能够动态的获取Stewart并联机构运动的实际位姿；从而根据实际位姿和期望位姿，经过高精度六自由度计量系统里的运动误差模型解算出Stewart并联机构的运动误差，并对Stewart并联机构的运动参数进行动态精度补偿。
图3为Stewart并联机构生成的空间椭圆轨迹示意图。由于Stewart并联机构在运动空间中具有6个自由度，即沿X、Y、Z轴的移动以及绕三轴的转动A、B、C，实现形式由式(1)和(2)表示。当式(1)的初相
Figure BDA0003417617090000041
不都为0时，就会生成椭圆轨迹，如图3所示。
Figure BDA0003417617090000042
式中(A1 A2 A3)为振幅，(ω1 ω2 ω3)为角频率，其中ω＝2πf，f为频率，
Figure BDA0003417617090000043
为初相。
Figure BDA0003417617090000044
式中(A4 A5 A6)为振幅，(ω4 ω5 ω6)为角频率，
Figure BDA0003417617090000045
为初相。
图4为Stewart并联机构的示意图。动平台10上安装有规律分布的上虎克铰安装块15，伸缩腿11上端通过上虎克铰12与上虎克铰安装块15连接；静平台17上安装有规律分布的下虎克铰安装块16，伸缩腿11下端通过下虎克铰13与下虎克铰安装块16连接；驱动电机14安装在伸缩腿11上，将驱动电机11的旋转运动转化为伸缩腿11的往复伸缩运动，进而实现动平台10在空间中的多种运动轨迹。
图5为拉杆并联机构的示意图，图6为拉杆并联机构的一条支链示意图。动平台10上表面安装有3个规律分布的动平台安装块9，定长杆1两端安装的关节轴承2通过膨胀螺钉18与动平台安装块9相连接，而定长杆1另一端的关节轴承2通过膨胀螺钉18与滑块安装块8相连接，滑块安装块8安装在滑块4上。通过定长杆1的连接，动平台10的位置和姿态变化轨迹可转化为滑块4沿着导轨3的往复直线运动。
图7为高精度六自由度计量系统的示意图。测量系统的测量元件是6根光栅尺6，分别与6根导轨3一一对应安装在外型才架5上。光栅读数头7安装于滑块安装块8的侧边，且6根光栅尺6和6根导轨3分为3组对应布置于外型才架上。定长杆1两端的关节轴承2设有精确测量点19。光栅尺4的测量端点有规律地与各精确测量点相连接，在计量校准过程中，动态测量导轨滑块4沿着导轨3的往复直线运动，进而实时解算出动平台10的位置和姿态，并进行动态精度补偿进入Stewart并联机构控制系统，并通过控制系统发出补偿后的控制命令完成高精密的计量校准任务。

Claims (9)

1.一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置，其特征在于，该装置由拉杆并联机构和Stewart并联机构组成；所述拉杆并联机构平台与所述Stewart并联机构的动平台共用一个平台，所述Stewart并联机构的静平台位于动平台正下方，通过六根伸缩腿与动平台相连接。
2.根据权利要求1所述拉杆并联机构由六根刚性良好的定长杆、六条高精密的导轨、动平台以及六个高精密的直线光栅尺组成；所述六个高精密的直线光栅尺与六条高精密的导轨按一定的规律一一配置；所述导轨和所述直线光栅尺安装在外框架上；Stewart并联机构的动平台在伸缩腿的驱动下，实现多种位置和姿态的运动轨迹，通过定长杆将动平台的位姿实时动态转化为滑块沿着导轨的往复直线运动。
3.根据权利要求1所述计量集成并联机器人装置，其特征在于，所述拉杆平台设有精确测量点，所述高精度六自由度计量系统安装在外框架上，所述Stewart并联机构的动平台设有精确测量点。
4.根据权利要求1所述计量集成并联机器人装置，其特征在于，所述外框架上的精确测量装置与所述Stewart并联机构构成一个闭环回路，通过外框架上的精确测量点能解算出动平台的实际位姿，并通过对控制系统进行动态精度补偿，使所述计量集成并联机器人装置始终处于高精度工作状态。
5.根据权利要求1所述计量集成并联机器人装置，其特征在于，当上位机输出期望位姿命令，控制系统控制Stewart并联机构生成相应的空间轨迹，而此时Stewart并联机构终端安装的拉杆并联机构能够动态的获取Stewart并联机构运动的实际位姿；根据实际位姿和期望位姿，经过高精度六自由度计量系统里的运动误差模型解算出Stewart并联机构的运动误差，并对Stewart并联机构的运动参数进行动态精度补偿。
6.根据权利要求1所述计量集成并联机器人装置，其特征在于，由于Stewart并联机构在运动空间中具有6个自由度，即沿X、Y、Z轴的移动以及绕三轴的转动A、B、C，实现形式由式(1)和(2)表示；当式(1)的初相
Figure FDA0003417617080000011
不都为0时，就会生成椭圆轨迹；
Figure FDA0003417617080000021
式中(A1 A2 A3)为振幅，(ω1 ω2 ω3)为角频率，其中ω＝2πf，f为频率，
Figure FDA0003417617080000022
为初相；
Figure FDA0003417617080000023
式中(A4 A5 A6)为振幅，(ω4 ω5 ω6)为角频率，
Figure FDA0003417617080000024
为初相。
7.根据权利要求1所述计量集成并联机器人装置，其特征在于，动平台上安装有规律分布的上虎克铰安装块，伸缩腿上端通过上虎克铰与上虎克铰安装块连接；静平台上安装有规律分布的下虎克铰安装块，伸缩腿下端通过下虎克铰与下虎克铰安装块连接；驱动电机安装在伸缩腿上，将驱动电机的旋转运动转化为伸缩腿的往复伸缩运动，进而实现动平台在空间中的多种运动轨迹。
8.根据权利要求1所述计量集成并联机器人装置，其特征在于，动平台上表面安装有个规律分布的动平台安装块，定长杆两端安装的关节轴承通过膨胀螺钉与动平台安装块相连接，而定长杆另一端的关节轴承通过膨胀螺钉与滑块安装块相连接，滑块安装块安装在滑块上；通过定长杆的连接，动平台的位置和姿态变化轨迹转化为滑块沿着导轨的往复直线运动。
9.根据权利要求1所述计量集成并联机器人装置，其特征在于，测量系统的测量元件是6根光栅尺，分别与6根导轨一一对应安装在外型才架上；光栅读数头安装于滑块安装块的侧边，且6根光栅尺和6根导轨分为3组对应布置于外型才架上；定长杆两端的关节轴承设有精确测量点；光栅尺的测量端点有规律地与各精确测量点相连接，在计量校准过程中，动态测量导轨滑块沿着导轨的往复直线运动，进而实时解算出动平台的位置和姿态，并进行动态精度补偿进入Stewart并联机构控制系统，并通过控制系统发出补偿后的控制命令完成高精密的计量校准任务。
CN202111551129.8A 2021-12-17 2021-12-17 一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置 Active CN114310844B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111551129.8A CN114310844B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111551129.8A CN114310844B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114310844A true CN114310844A (zh) 2022-04-12
CN114310844B CN114310844B (zh) 2024-08-09

Family

ID=81052934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111551129.8A Active CN114310844B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114310844B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108890649A (zh) * 2018-08-27 2018-11-27 佛山科学技术学院 一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置及方法
CN114654451A (zh) * 2022-04-13 2022-06-24 浙江大学 一种用于高精密对接任务的联动型重载六自由度并联机器人

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1449887A (zh) * 2003-04-24 2003-10-22 清华大学 一种机床的新型冗余驱动并联装置
WO2005118217A1 (de) * 2004-06-04 2005-12-15 Siemens Transportation Systems Gmbh & Co Kg Flexibles vorrichtungsmodul mittels parallelkinematik
WO2012035758A1 (ja) * 2010-09-16 2012-03-22 株式会社山武 多自由度位置決め装置および多自由度位置決め方法
CN102645170A (zh) * 2012-04-12 2012-08-22 重庆大学 测量空间六自由度运动的滑块式并联机构
CN103267210A (zh) * 2013-05-16 2013-08-28 燕山大学 一种六自由度并联指向平台
CN103934823A (zh) * 2014-04-28 2014-07-23 哈尔滨工程大学 一种具有自标定功能的6-ptrt型并联机器人
CN104440875A (zh) * 2014-11-06 2015-03-25 河南理工大学 工作空间可调的三自由度并联机构及其调整方法
US20160016309A1 (en) * 2014-07-15 2016-01-21 Soc Robotics Inc. Motion system with plurality of stewart platform based actuators
CN106247934A (zh) * 2016-08-02 2016-12-21 北京航空航天大学 一种基于6‑sps并联机构的位姿测量装置
CN107009350A (zh) * 2017-04-28 2017-08-04 河南理工大学 一种3‑prs串并联机构等效质量的确定方法
CN110497385A (zh) * 2019-08-09 2019-11-26 中国科学院自动化研究所 精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1449887A (zh) * 2003-04-24 2003-10-22 清华大学 一种机床的新型冗余驱动并联装置
WO2005118217A1 (de) * 2004-06-04 2005-12-15 Siemens Transportation Systems Gmbh & Co Kg Flexibles vorrichtungsmodul mittels parallelkinematik
WO2012035758A1 (ja) * 2010-09-16 2012-03-22 株式会社山武 多自由度位置決め装置および多自由度位置決め方法
CN102645170A (zh) * 2012-04-12 2012-08-22 重庆大学 测量空间六自由度运动的滑块式并联机构
CN103267210A (zh) * 2013-05-16 2013-08-28 燕山大学 一种六自由度并联指向平台
CN103934823A (zh) * 2014-04-28 2014-07-23 哈尔滨工程大学 一种具有自标定功能的6-ptrt型并联机器人
US20160016309A1 (en) * 2014-07-15 2016-01-21 Soc Robotics Inc. Motion system with plurality of stewart platform based actuators
CN104440875A (zh) * 2014-11-06 2015-03-25 河南理工大学 工作空间可调的三自由度并联机构及其调整方法
CN106247934A (zh) * 2016-08-02 2016-12-21 北京航空航天大学 一种基于6‑sps并联机构的位姿测量装置
CN107009350A (zh) * 2017-04-28 2017-08-04 河南理工大学 一种3‑prs串并联机构等效质量的确定方法
CN110497385A (zh) * 2019-08-09 2019-11-26 中国科学院自动化研究所 精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108890649A (zh) * 2018-08-27 2018-11-27 佛山科学技术学院 一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置及方法
CN114654451A (zh) * 2022-04-13 2022-06-24 浙江大学 一种用于高精密对接任务的联动型重载六自由度并联机器人

Also Published As

Publication number Publication date
CN114310844B (zh) 2024-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114310844B (zh) 一种用于精密作业的计量集成并联机器人装置
US11359905B2 (en) Complex surface three-coordinate measuring device and error compensation method
CN107102618B (zh) 可进行误差补偿的数控机床及其误差补偿的方法
US9797700B2 (en) Variable modelling of a measuring device
EP2878920A1 (en) Calibration of a coordinate measuring machine using a calibration laser head at the tool centre point
CN108351203B (zh) 提供精确坐标测量的方法、独立基准模块和坐标测量机
Saund et al. High accuracy articulated robots with CNC control systems
CN105960571A (zh) 通过使用惯性传感器校准运动系统的位置
KR19980040121A (ko) 다축기계의 3차원입체오차측정방법
CN113195176B (zh) 制造系统及方法
CN111854587B (zh) 一种导轨五自由度运动误差在线测量装置及方法
CN113771093B (zh) 基于直线运动台的机械臂标定与精度测量装置
CN113136752B (zh) 尖轨爬行及密贴间隙测量设备标定装置及方法
EP4015139A1 (en) Connecting rod rotary table and decoupling control method thereof
Weck et al. Accuracy issues of parallel kinematic machine tools
CN113607053A (zh) 基于筒体内表面特征点的位姿调整装置、方法及系统
CN107161355B (zh) 一种飞机机翼壁板数控定位器
WO1999028097A1 (en) System and method for calibrating a hexapod positioning device
CN110802597A (zh) 基于奇异值分解的水平关节机器人的标定方法
JP4311621B2 (ja) ６自由度位置・姿勢測定装置による機械の運動誤差補正方法
Hu et al. Research of a novel CMM with 3-PSS parallel mechanism
CN113251907A (zh) 一种五自由度精密测量装置及其控制方法
CN102529278A (zh) 贴片机的十字校正机构
Penghaoa et al. Research of a novel CMM with 3-PSS parallel mechanism
JP2599496B2 (ja) 産業用走行ロボットの基準位置決め方法と装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant