本發(fā)明涉及一種三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制裝置，尤其是一種擺動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)的三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制裝置及方法，屬于平面三自由度并聯(lián)機(jī)器人裝置及控制研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

并聯(lián)機(jī)器人是包含并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，并聯(lián)機(jī)構(gòu)是若干個(gè)自由度末端執(zhí)行器與固定基座通過兩條或兩條以上的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)支鏈相連。并聯(lián)機(jī)器人包含兩個(gè)平臺(tái)，即動(dòng)平臺(tái)與靜平臺(tái)(也稱定平臺(tái))，靜平臺(tái)固定在基座上或連接到另一臺(tái)機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，動(dòng)平臺(tái)相對(duì)靜平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。兩平臺(tái)之間由兩條或兩條以上的支鏈相連。它具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且驅(qū)動(dòng)器一般分布在與靜平臺(tái)相連的一端上(以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng))。靜平臺(tái)基座負(fù)責(zé)支撐安裝作用，動(dòng)平臺(tái)三角盤通過柔性臂和剛性臂二者組合連接與靜平臺(tái)形成連接關(guān)系。在這種系統(tǒng)中，動(dòng)平臺(tái)的作用則是系統(tǒng)運(yùn)行的體現(xiàn)，通過連桿帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)軌跡或是工作空間，并利用動(dòng)平臺(tái)檢測(cè)自身運(yùn)動(dòng)，通過后臺(tái)的工控計(jì)算機(jī)處理完成對(duì)自身運(yùn)動(dòng)的修正。

并聯(lián)機(jī)構(gòu)多采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，交流伺服電動(dòng)機(jī)具有速度控制特性良好、高速控制、可實(shí)現(xiàn)恒力矩及慣量低等優(yōu)點(diǎn)，但其控制復(fù)雜，連線較多。而氣動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，同時(shí)優(yōu)秀的擺動(dòng)氣缸設(shè)計(jì)同樣可以實(shí)現(xiàn)良好的角度調(diào)整，同時(shí)擺動(dòng)氣缸還具有擺動(dòng)速度可調(diào)性高，可以適應(yīng)低速到高速大范圍選速。故選用合適的擺動(dòng)氣缸同樣可以達(dá)到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)要求。

實(shí)際生產(chǎn)中，柔性臂作為驅(qū)動(dòng)臂的應(yīng)用越來越廣泛，而其彈性變形對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的影響也越來越嚴(yán)重，減少乃至消除其運(yùn)動(dòng)中變形越來越重要。而在設(shè)計(jì)中，通過三端同時(shí)輸入轉(zhuǎn)矩，可以有效地抵消其彈性變形。本文中通過選用合適的擺動(dòng)氣缸，構(gòu)建良好的工作空間，來探討一種柔性臂氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的變形振動(dòng)消除控制方案。

因此，研究一種具有良好工作空間和運(yùn)動(dòng)軌跡的柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制裝置具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種擺動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)的三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制裝置，該裝置合理布置了擺動(dòng)氣缸的位置以及剛性主動(dòng)桿和柔性從動(dòng)桿的連接關(guān)系，使得柔性從動(dòng)桿具有良好的運(yùn)動(dòng)軌跡和較大的工作空間，并在工作中保證運(yùn)行的平穩(wěn)性和一定的精度，以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)地到達(dá)指定工作位置并實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述裝置的三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制方法。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

擺動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)的三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制裝置，包括三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)本體和控制組件；

所述三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)本體包括動(dòng)平臺(tái)和三個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支；所述動(dòng)平臺(tái)為三角盤，外形為等邊三角形，動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有三軸加速度傳感器和角速度傳感器；每個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支包括擺動(dòng)氣缸、剛性主動(dòng)桿和柔性從動(dòng)桿，所述剛性主動(dòng)桿的一端與擺動(dòng)氣缸的轉(zhuǎn)盤連接，剛性主動(dòng)桿的另一端與柔性從動(dòng)桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述柔性從動(dòng)桿的另一端與動(dòng)平臺(tái)的一個(gè)邊角處轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述擺動(dòng)氣缸由氣動(dòng)控制回路驅(qū)動(dòng)，擺動(dòng)氣缸的輸出軸通過聯(lián)軸器連接一光電編碼器，所述柔性從動(dòng)桿上設(shè)有壓電傳感器和壓電驅(qū)動(dòng)器；

所述控制組件分別與氣動(dòng)控制回路、光電編碼器、三軸加速度傳感器、角速度傳感器、壓電傳感器和壓電驅(qū)動(dòng)器連接。

作為一種優(yōu)選方案，所述氣動(dòng)控制回路包括氣泵、氣動(dòng)三聯(lián)件和氣動(dòng)比例方向控制閥，所述氣泵通過氣動(dòng)三聯(lián)件與氣動(dòng)比例方向控制閥連接，所述氣動(dòng)比例方向控制閥分別與擺動(dòng)氣缸的兩個(gè)氣腔連接；所述氣動(dòng)三聯(lián)件由空氣過濾器、氣動(dòng)減壓閥和油霧分離器組裝在一起，并帶有一個(gè)壓力表。

作為一種優(yōu)選方案，所述控制組件包括工控計(jì)算機(jī)、脈沖計(jì)數(shù)電路、A/D轉(zhuǎn)換元件、D/A轉(zhuǎn)換元件、電壓放大器和電荷放大器，所述工控計(jì)算機(jī)分別與脈沖計(jì)數(shù)電路、A/D轉(zhuǎn)換元件和D/A轉(zhuǎn)換元件連接，所述A/D轉(zhuǎn)換元件通過電荷放大器與壓電傳感器連接，并與三軸加速度傳感器、角速度傳感器連接，所述D/A轉(zhuǎn)換元件通過電壓放大器與壓電驅(qū)動(dòng)器連接，并與氣動(dòng)比例方向控制閥連接；

三軸加速度傳感器檢測(cè)的加速度信號(hào)和角速度傳感器檢測(cè)的角速度信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)；光電編碼器檢測(cè)的角位移信號(hào)經(jīng)過脈沖計(jì)數(shù)電路進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)處理后得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)；工控計(jì)算機(jī)根據(jù)三軸加速度傳感器、角速度傳感器和光電編碼器檢測(cè)的信號(hào)得到運(yùn)動(dòng)控制的控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸入到氣動(dòng)比例方向控制閥，從而控制擺動(dòng)氣缸的擺動(dòng)；

壓電傳感器檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過電荷放大器和A/D轉(zhuǎn)換元件處理后輸入到工控計(jì)算機(jī)，工控計(jì)算機(jī)根據(jù)壓電傳感器檢測(cè)的信號(hào)，輸出相應(yīng)的電壓值，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換元件和電壓放大器后輸入到壓電驅(qū)動(dòng)器，從而控制柔性從動(dòng)桿的振動(dòng)。

作為一種優(yōu)選方案，所述脈沖計(jì)數(shù)電路、A/D轉(zhuǎn)換元件和D/A轉(zhuǎn)換元件集成在一運(yùn)動(dòng)控制器上。

作為一種優(yōu)選方案，所述氣動(dòng)比例方向控制閥還連接兩個(gè)消聲器。

作為一種優(yōu)選方案，所述剛性主動(dòng)桿的一端通過法蘭與擺動(dòng)氣缸的轉(zhuǎn)盤連接，剛性主動(dòng)桿的另一端通過第一轉(zhuǎn)軸與柔性從動(dòng)桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述柔性從動(dòng)桿的另一端通過第二轉(zhuǎn)軸與動(dòng)平臺(tái)的一個(gè)邊角處轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

作為一種優(yōu)選方案，所述壓電傳感器和壓電驅(qū)動(dòng)器均有兩個(gè)，兩個(gè)壓電傳感器和兩個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器均粘貼在柔性從動(dòng)桿的橫向中心線上，且一個(gè)壓電傳感器和一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器位于靠近柔性從動(dòng)桿一端的位置上，另一個(gè)壓電傳感器和另一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器位于靠近柔性從動(dòng)桿另一端的位置上，兩個(gè)壓電傳感器關(guān)于柔性從動(dòng)桿的幾何中心對(duì)稱，兩個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器也關(guān)于柔性從動(dòng)桿的幾何中心對(duì)稱。

作為一種優(yōu)選方案，所述三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)本體還包括靜平臺(tái)，所述靜平臺(tái)由若干不同長(zhǎng)度的鋁型材和基板組成，三個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支的擺動(dòng)氣缸以對(duì)稱分布的形式固定在靜平臺(tái)上。

作為一種優(yōu)選方案，所述靜平臺(tái)的底部具有四個(gè)支撐腳，四個(gè)支撐腳圍成的平面上設(shè)有一支撐板。

本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

基于上述裝置的三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、三軸加速度傳感器檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)在水平面的兩個(gè)垂直方向加速度信號(hào)，角速度傳感器檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)繞垂直于平面軸線旋轉(zhuǎn)的角速度信號(hào)；

步驟二、加速度信號(hào)和角速度信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)；

步驟三、壓電傳感器檢測(cè)柔性從動(dòng)桿的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過電荷放大器和A/D轉(zhuǎn)換元件處理后輸入到工控計(jì)算機(jī)，工控計(jì)算機(jī)根據(jù)壓電傳感器檢測(cè)的信號(hào)，輸出相應(yīng)的電壓值，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換元件和電壓放大器后輸入到壓電驅(qū)動(dòng)器，以抑制柔性從動(dòng)桿的柔性變形與振動(dòng)；

步驟四、光電編碼器檢測(cè)擺動(dòng)氣缸的運(yùn)動(dòng)角位移，角位移信號(hào)經(jīng)過脈沖計(jì)數(shù)電路進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)處理后得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)；

步驟五、工控計(jì)算機(jī)根據(jù)步驟二和步驟四得到的數(shù)字信號(hào)，運(yùn)行控制算法，計(jì)算得出運(yùn)動(dòng)控制的控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸入到氣動(dòng)比例方向控制閥，控制擺動(dòng)氣缸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和位移，調(diào)節(jié)氣動(dòng)比例方向控制閥的換向和進(jìn)排氣流量，控制擺動(dòng)氣缸的擺動(dòng)方向和速度，從而控制動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)達(dá)到期望的位置和姿態(tài)。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明采用了外形為等邊三角形的動(dòng)平臺(tái)和三個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支，每個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支在擺動(dòng)氣缸的作用下，通過剛性主動(dòng)桿與柔性從動(dòng)桿相結(jié)合控制動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，相比于純雙剛性機(jī)械臂而言，質(zhì)量輕、能耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)對(duì)比雙柔性機(jī)械臂又具有系統(tǒng)剛性大、力矩傳遞穩(wěn)定和柔性變形對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡影響小等優(yōu)點(diǎn)；此外，動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有三軸加速度傳感器和角速度傳感器，可以檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)在水平面的兩個(gè)垂直方向加速度信號(hào)和繞垂直于平面軸線旋轉(zhuǎn)的角速度信號(hào)，擺動(dòng)氣缸的輸出軸通過聯(lián)軸器連接一光電編碼器，可以檢測(cè)擺動(dòng)氣缸的運(yùn)動(dòng)角位移，根據(jù)這些檢測(cè)信號(hào)，可以通過氣動(dòng)控制回路控制擺動(dòng)氣缸的擺動(dòng)，而且柔性從動(dòng)桿上設(shè)有壓電傳感器和壓電驅(qū)動(dòng)器，通過壓電傳感器能夠準(zhǔn)確的判斷檢測(cè)柔性從動(dòng)桿上所產(chǎn)生的柔性變形和振動(dòng)，通過壓電驅(qū)動(dòng)器能夠抑制柔性從動(dòng)桿的柔性變形與振動(dòng)。

2、本發(fā)明采用單一驅(qū)動(dòng)元件，即僅通過三個(gè)擁有相同氣動(dòng)控制回路的擺動(dòng)氣缸輸入力矩，氣動(dòng)控制回路較為簡(jiǎn)單，三者同時(shí)控制，可以避免多回路干涉，提高控制精度，降低控制難度，擺動(dòng)氣缸的角度選擇較大，相對(duì)應(yīng)工作空間大，能夠更好地規(guī)劃運(yùn)行軌跡和工作空間；同時(shí)，柔性從動(dòng)桿自身壓力應(yīng)變驅(qū)動(dòng)與動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)不沖突，并能通過壓電驅(qū)動(dòng)器抑制柔性從動(dòng)桿的變形與振動(dòng)，有利于提高整體精度。

3、本發(fā)明采用氣動(dòng)控制回路驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)氣缸，使整個(gè)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、無污染的優(yōu)點(diǎn)，而且無須高壓力與高轉(zhuǎn)矩均可應(yīng)用氣動(dòng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)氣動(dòng)控制回路采用氣動(dòng)比例方向控制閥進(jìn)行控制，整個(gè)氣動(dòng)控制回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中隱藏了靜平臺(tái)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。

其中，1-動(dòng)平臺(tái)，2-靜平臺(tái)，3-三軸加速度傳感器，4-角速度傳感器，5-支撐腳，6-支撐板，7-擺動(dòng)氣缸，8-剛性主動(dòng)桿，9-柔性從動(dòng)桿，10-第一轉(zhuǎn)軸，11-第二轉(zhuǎn)軸，12-聯(lián)軸器，13-光電編碼器，14-壓電傳感器，15-壓電驅(qū)動(dòng)器，16-氣泵，17-氣動(dòng)三聯(lián)件，18-氣動(dòng)比例方向控制閥，19-消聲器，20-工控計(jì)算機(jī)，21-脈沖計(jì)數(shù)電路，22-A/D轉(zhuǎn)換元件，23-D/A轉(zhuǎn)換元件，24-電荷放大器，25-電壓放大器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1：

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例提供了一種三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制裝置，該裝置包括三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)本體和控制組件。

所述三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)本體包括動(dòng)平臺(tái)1、靜平臺(tái)2和三個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支，圖1中隱藏了靜平臺(tái)2的結(jié)構(gòu)，目的在于更加清晰地描述裝置的控制組件，圖2中將靜平臺(tái)2詳細(xì)地表達(dá)了出來，圖1中的虛線連接表示電信號(hào)與控制組件的連接，實(shí)線連接表示氣動(dòng)控制回路連接；

所述動(dòng)平臺(tái)1為三角盤，輸出裝置運(yùn)行的結(jié)果，外形為等邊三角形，動(dòng)平臺(tái)1上設(shè)有三軸加速度傳感器3和角速度傳感器4，三軸加速度傳感器3用于檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)1運(yùn)動(dòng)時(shí)在水平面的兩個(gè)垂直方向加速度信號(hào)(X軸方向加速度信號(hào)和Y軸方向加速度信號(hào))，角速度傳感器4用于檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)1運(yùn)動(dòng)時(shí)繞垂直于平面軸線旋轉(zhuǎn)的角速度信號(hào)；

所述靜平臺(tái)2用于放置動(dòng)平臺(tái)1和三個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支，由若干不同長(zhǎng)度的鋁型材和基板組成，其底部具有四個(gè)支撐腳5，四個(gè)支撐腳5圍成的平面上設(shè)有一支撐板6，四個(gè)支撐腳5和支撐板6用于對(duì)靜平臺(tái)2進(jìn)行支撐；

三個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支的結(jié)構(gòu)都是相同的，因此僅以一個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支進(jìn)行說明，每個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支包括擺動(dòng)氣缸6、剛性主動(dòng)桿8和柔性從動(dòng)桿9，三個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支的擺動(dòng)氣缸6以對(duì)稱分布的形式固定在靜平臺(tái)2上，固定方式采用螺紋連接方式；所述剛性主動(dòng)桿8的一端通過法蘭與擺動(dòng)氣缸6的轉(zhuǎn)盤(位于擺動(dòng)氣缸6頂部)連接，剛性主動(dòng)桿8的輸出角位移即為擺動(dòng)氣缸6輸出軸(位于擺動(dòng)氣缸6底部)的角位移，剛性主動(dòng)桿8的另一端通過第一轉(zhuǎn)軸10與柔性從動(dòng)桿9的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述柔性從動(dòng)桿9的另一端通過第二轉(zhuǎn)軸11與動(dòng)平臺(tái)1的一個(gè)邊角處轉(zhuǎn)動(dòng)連接，將擺動(dòng)氣缸6的轉(zhuǎn)矩傳遞到動(dòng)平臺(tái)1并最終形成動(dòng)平臺(tái)1的運(yùn)動(dòng)軌跡，使動(dòng)平臺(tái)1按期望的軌跡運(yùn)動(dòng)，或按期望的位置和姿態(tài)定位到具體目標(biāo)位置和姿態(tài)；所述擺動(dòng)氣缸6由氣動(dòng)控制回路驅(qū)動(dòng)，擺動(dòng)氣缸6的輸出軸通過聯(lián)軸器12連接一光電編碼器13，光電編碼器13用于檢測(cè)擺動(dòng)氣缸的運(yùn)動(dòng)角位移，作為并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支的檢測(cè)信號(hào)，所述柔性從動(dòng)桿9上設(shè)有壓電傳感器14和壓電驅(qū)動(dòng)器15，壓電傳感器14和壓電驅(qū)動(dòng)器15均采用壓電陶瓷片，各有兩個(gè)，兩個(gè)壓電傳感器14和兩個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器15均粘貼在柔性從動(dòng)桿9的橫向中心線上，且一個(gè)壓電傳感器14和一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器15位于靠近柔性從動(dòng)桿9一端的位置上，另一個(gè)壓電傳感器14和另一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器15位于靠近柔性從動(dòng)桿9另一端的位置上，兩個(gè)壓電傳感器14關(guān)于柔性從動(dòng)桿的幾何中心對(duì)稱，兩個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器15也關(guān)于柔性從動(dòng)桿的幾何中心對(duì)稱，壓電傳感器14用于檢測(cè)柔性從動(dòng)桿9的振動(dòng)信號(hào)，壓電驅(qū)動(dòng)器15用于控制柔性從動(dòng)桿9的振動(dòng)，一般是抑制柔性從動(dòng)桿9的柔性變形與振動(dòng)；

所述氣動(dòng)控制回路包括氣泵16、氣動(dòng)三聯(lián)件17和氣動(dòng)比例方向控制閥18，所述氣泵16作為能量源負(fù)責(zé)向整個(gè)裝置提供能量，所述氣泵16產(chǎn)生的高壓氣體通過氣動(dòng)三聯(lián)件16穩(wěn)壓后接入氣動(dòng)比例方向控制閥18，所述氣動(dòng)比例方向控制閥18分別與擺動(dòng)氣缸14的兩個(gè)氣腔(左氣腔和右氣腔)連接；其中，氣動(dòng)比例方向控制閥18的一個(gè)端口與氣動(dòng)三聯(lián)件17連接，兩個(gè)端口分別與擺動(dòng)氣缸14的兩個(gè)氣腔，還有兩個(gè)端口分別連接一個(gè)消聲器19；所述氣動(dòng)三聯(lián)件17由空氣過濾器、氣動(dòng)減壓閥和油霧分離器組裝在一起，并帶有一個(gè)壓力表；該氣動(dòng)控制回路的控制核心為氣動(dòng)比例方向控制閥18，其接收來自控制部分的信號(hào)，產(chǎn)生不同推動(dòng)氣體以控制擺動(dòng)氣缸14的擺動(dòng)方向(角度)和速度；

在本實(shí)施例中，動(dòng)平臺(tái)1設(shè)計(jì)為外形為等邊三角形、邊長(zhǎng)為250mm、厚度為25mm的三角盤，動(dòng)平臺(tái)1采用鋁合金材料，為使柔性從動(dòng)桿9表面絕緣，需要對(duì)其進(jìn)行氧化處理；靜平臺(tái)2的尺寸參數(shù)為1800×1650×600mm，其中，基板的尺寸參數(shù)為1800×1650×15mm，鋁型材選用截面大小為80×80mm的鋁型材，鋁型材構(gòu)成靜平臺(tái)2的長(zhǎng)、寬、高的長(zhǎng)度為1640mm、1490mm、500mm；擺動(dòng)氣缸6選用日本SMC公司生產(chǎn)的型號(hào)為MSQB50R的大擺角擺動(dòng)平臺(tái)型擺動(dòng)氣缸；氣泵16由上海捷豹壓縮機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為FB-0.017/7的靜音空氣壓縮機(jī)；氣動(dòng)三聯(lián)件17中，空氣過濾器的型號(hào)選用AF30-03，氣動(dòng)減壓閥的型號(hào)選用AR25-03，油霧分離器的型號(hào)選用AFM30-03，壓力表的型號(hào)選用G36-10-01；氣動(dòng)比例方向控制閥18選用日本SMC氣動(dòng)公司生產(chǎn)的型號(hào)為VER2000-02比例閥；三軸加速度傳感器3選用瑞士Kistler公司2012系列；角速度傳感器4選用瑞士Kistler公司CS-ARS-04單軸陀螺儀；聯(lián)軸器12選用美國(guó)Ruland公司生產(chǎn)的PCMR29-12-6-A型聯(lián)軸器，光電編碼器13選用Hengstler公司生產(chǎn)的絕對(duì)值式AC36型編碼器。

所述控制組件包括工控計(jì)算機(jī)20、脈沖計(jì)數(shù)電路21、A/D轉(zhuǎn)換元件22、D/A轉(zhuǎn)換元件23、電荷放大器24和電壓放大器25，所述工控計(jì)算機(jī)20分別與脈沖計(jì)數(shù)電路21、A/D轉(zhuǎn)換元件22和D/A轉(zhuǎn)換元件23連接，所述A/D轉(zhuǎn)換元件22通過電荷放大器24與壓電傳感器14連接，并與三軸加速度傳感器3、角速度傳感器4連接，所述D/A轉(zhuǎn)換元件23通過電壓放大器25與壓電驅(qū)動(dòng)器15連接，并與氣動(dòng)比例方向控制閥18連接，所述脈沖計(jì)數(shù)電路21為四倍頻、變相脈沖計(jì)數(shù)電路；

三軸加速度傳感器3檢測(cè)的加速度信號(hào)和角速度傳感器4檢測(cè)的角速度信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換元件22進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)20；光電編碼器13檢測(cè)的角位移信號(hào)經(jīng)過脈沖計(jì)數(shù)電路21進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)處理后得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)20；工控計(jì)算機(jī)20對(duì)三軸加速度傳感器3、角速度傳感器4和光電編碼器13檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行分析處理后，并與所需達(dá)到位置參數(shù)對(duì)比，得到運(yùn)動(dòng)控制的控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換元件23轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸入到氣動(dòng)比例方向控制閥18，從而控制擺動(dòng)氣缸6的擺動(dòng)，故氣動(dòng)比例方向控制閥18的控制由動(dòng)平臺(tái)1的加速度、角速度和擺動(dòng)氣缸6的擺動(dòng)速度決定，其中動(dòng)平臺(tái)1的加速度、角速度通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解后可以分別得到對(duì)應(yīng)的三個(gè)擺動(dòng)氣缸6的角速度或角速度分量信號(hào)，而擺動(dòng)氣缸6的擺動(dòng)速度信號(hào)用于提供對(duì)比參照數(shù)據(jù)，顯示當(dāng)前動(dòng)平臺(tái)1運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下擺動(dòng)氣缸6的擺動(dòng)速度，從而用于工控計(jì)算機(jī)20決定應(yīng)用正向還是反向控制；

壓電傳感器14在裝置運(yùn)行過程中隨著柔性從動(dòng)桿9的變形會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變形并輸出電荷，電荷大小便代表當(dāng)前柔性從動(dòng)桿9的變形程度，由于電荷量過小，因此壓電傳感器14檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過電荷放大器24和A/D轉(zhuǎn)換元件22處理后輸入到工控計(jì)算機(jī)20，工控計(jì)算機(jī)20進(jìn)行分析處理，獲得柔性從動(dòng)桿9的變形程度，計(jì)算相應(yīng)的輸出電壓以抑制柔性臂的變形，所以輸出的電壓信號(hào)同樣要經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換元件23和電壓放大器25后輸入到壓電驅(qū)動(dòng)器15，使壓電驅(qū)動(dòng)器15產(chǎn)生相應(yīng)的反向變形，使柔性從動(dòng)桿9減少自身柔性變形并控制自身振動(dòng)。

在本實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)19選用CPU型號(hào)I7的計(jì)算機(jī)；脈沖計(jì)數(shù)電路21、A/D轉(zhuǎn)換元件22和D/A轉(zhuǎn)換元件23集成在一運(yùn)動(dòng)控制器上，該運(yùn)動(dòng)控制器為集成有多通道A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換和碼盤計(jì)數(shù)功能的運(yùn)動(dòng)控制器，要求具有三路模擬量輸入模塊和三路模擬量輸出模塊，以及三路碼盤計(jì)數(shù)模塊，因此運(yùn)動(dòng)控制器選用固高公司生產(chǎn)的GTS-400-PV-PCI系列運(yùn)動(dòng)控制器，該運(yùn)動(dòng)控制器具有四路軸資源通道(各軸信號(hào)帶有一路模擬量輸出，增量式編碼器輸入，電機(jī)控制輸出及報(bào)警復(fù)位功能)，光耦隔離通用數(shù)字信號(hào)輸入和輸出各有十六路，兩路四倍頻增量式輔助編碼器輸入，八路A/D模擬量采樣輸入，模擬量輸入輸出的電壓范圍是，-10V～+10V；電荷放大器24選用江蘇聯(lián)能電子有限公司的YE5850型電荷放大器；電壓放大器25可選用型號(hào)為APEX-PA241DW或APEX-PA240CX的壓電放大器等零件。

本實(shí)施例還提供了一種三自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制方法，該方法基于上述裝置實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

步驟一、三軸加速度傳感器3檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)1運(yùn)動(dòng)時(shí)在水平面的兩個(gè)垂直方向加速度信號(hào)，角速度傳感器4檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)1運(yùn)動(dòng)時(shí)繞垂直于平面軸線旋轉(zhuǎn)的角速度信號(hào)；

步驟二、加速度信號(hào)和角速度信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換元件22進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)20；

步驟三、壓電傳感器14檢測(cè)柔性從動(dòng)桿的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過電荷放大器24和A/D轉(zhuǎn)換元件22處理后輸入到工控計(jì)算機(jī)20，工控計(jì)算機(jī)20根據(jù)壓電傳感器14檢測(cè)的信號(hào)，輸出相應(yīng)的電壓值，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換元件23和電壓放大器25后輸入到壓電驅(qū)動(dòng)器15，以抑制柔性從動(dòng)桿9的柔性變形與振動(dòng)；

步驟四、光電編碼器13檢測(cè)擺動(dòng)氣缸6的運(yùn)動(dòng)角位移，角位移信號(hào)經(jīng)過脈沖計(jì)數(shù)電路21進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)處理后得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)20；

步驟五、工控計(jì)算機(jī)20根據(jù)步驟二和步驟四得到的數(shù)字信號(hào)，運(yùn)行控制算法(該算法為現(xiàn)有技術(shù))，計(jì)算得出運(yùn)動(dòng)控制的控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換元件23轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸入到氣動(dòng)比例方向控制閥18，控制擺動(dòng)氣缸7的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和位移，調(diào)節(jié)氣動(dòng)比例方向控制閥18的換向和進(jìn)排氣流量，控制擺動(dòng)氣缸7的擺動(dòng)方向和速度，從而控制動(dòng)平臺(tái)1運(yùn)動(dòng)達(dá)到期望的位置和姿態(tài)。

綜上所述，本發(fā)明采用了外形為等邊三角形的動(dòng)平臺(tái)和三個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支，每個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制分支在擺動(dòng)氣缸的作用下，通過剛性主動(dòng)桿與柔性從動(dòng)桿相結(jié)合控制動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，相比于純雙剛性機(jī)械臂而言，質(zhì)量輕、能耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)對(duì)比雙柔性機(jī)械臂又具有系統(tǒng)剛性大、力矩傳遞穩(wěn)定和柔性變形對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡影響小等優(yōu)點(diǎn)；此外，動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有三軸加速度傳感器和角速度傳感器，可以檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)在水平面的兩個(gè)垂直方向加速度信號(hào)和繞垂直于平面軸線旋轉(zhuǎn)的角速度信號(hào)，擺動(dòng)氣缸的輸出軸通過聯(lián)軸器連接一光電編碼器，可以檢測(cè)擺動(dòng)氣缸的運(yùn)動(dòng)角位移，根據(jù)這些檢測(cè)信號(hào)，可以通過氣動(dòng)控制回路控制擺動(dòng)氣缸的擺動(dòng)，而且柔性從動(dòng)桿上設(shè)有壓電傳感器和壓電驅(qū)動(dòng)器，通過壓電傳感器能夠準(zhǔn)確的判斷檢測(cè)柔性從動(dòng)桿上所產(chǎn)生的柔性變形和振動(dòng)，通過壓電驅(qū)動(dòng)器能夠抑制柔性從動(dòng)桿的柔性變形與振動(dòng)。

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。