一種并聯(lián)六自由度驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的軌跡規(guī)劃生成方法
【專利摘要】一種并聯(lián)六自由度驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的軌跡規(guī)劃生成方法。（1）輸入上平臺中心點(diǎn)的終點(diǎn)坐標(biāo)及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角xp,yp,zp,αp,βp,γp；（2）輸入上平臺中心點(diǎn)的起點(diǎn)坐標(biāo)xb,yb,zb，以及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角αb,βb,γb；（3）計(jì)算上平臺各鉸點(diǎn)在動坐標(biāo)下的坐標(biāo)；（4）計(jì)算上平臺各鉸點(diǎn)在定坐標(biāo)下的坐標(biāo)；（5）給坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣R賦初值；（6）求出x、y、z三個方向桿伸縮值和Dx,Dy,Dz,Dα,Dβ,Dγ；（7）以Dx,Dy,Dz,Dα,Dβ,Dγ為參量給R賦新值；（8）由R求出上平臺各鉸點(diǎn)在定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；（9）求6桿各增量處桿長的伸縮量；（10）判斷是否到終點(diǎn)，是則結(jié)束，否則返回步驟（7）。本發(fā)明得到轉(zhuǎn)臺單缸電液伺服控制系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃動態(tài)特性更好、穩(wěn)態(tài)精度高、魯棒性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、便于設(shè)計(jì)調(diào)整。
【專利說明】一種并聯(lián)六自由度驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的軌跡規(guī)劃生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種并聯(lián)六自由度驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的軌跡控制技術(shù)，特別涉及到一種轉(zhuǎn)臺的軌跡規(guī)劃生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)六自由度轉(zhuǎn)臺是具有重大經(jīng)濟(jì)價值和國防戰(zhàn)略意義的高精尖實(shí)驗(yàn)設(shè)備。最早的空間六自由度并聯(lián)機(jī)器人是1965年D.Stewart提出并研制的。6-SPS機(jī)構(gòu)即著名的Stewart平臺機(jī)構(gòu)。與傳統(tǒng)的串聯(lián)式多自由度運(yùn)動機(jī)構(gòu)相比，它具有承載能力強(qiáng)，剛度好，無積累誤差，精度高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)上、下各六個球鉸相對分布的不同，該機(jī)構(gòu)可分為多種類型，其運(yùn)動學(xué)已有許多學(xué)者進(jìn)行了研究。70年代初，美國的NASA等研究中心公布了并聯(lián)式六自由度平臺研究成果之后，相繼出現(xiàn)了裝有六自由度運(yùn)動平臺的飛行模擬器。進(jìn)入80年代特別是90年代以來，六自由度運(yùn)動平臺越來越廣泛的應(yīng)用于機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床、空間對接計(jì)術(shù)、航空航海設(shè)備、搖擺模擬以及娛樂設(shè)施上。直到現(xiàn)在，并聯(lián)式六自由度平臺在工業(yè)上還未得到廣泛應(yīng)用，其主要原因:運(yùn)動學(xué)問題，特別是正運(yùn)動學(xué)問題還沒得到很好的解決?’動力學(xué)問題沒有解決；平臺各分支間的耦合干擾難于消除。
[0003]目前我國的六自由度轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)水平和制造水平與西方發(fā)達(dá)國家相比差距還是相當(dāng)大，對六自由度轉(zhuǎn)臺控制理論、控制系統(tǒng)與技術(shù)研究的這些領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵課題所做的工作還很粗淺。因此對六自由度的關(guān)鍵組成部分進(jìn)行深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，盡快研制出性能優(yōu)良的六自由度轉(zhuǎn)臺，提高我國的仿真技術(shù)水平，具有重大的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于改善并聯(lián)六自由度驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的軌跡規(guī)劃，使軌跡規(guī)劃動態(tài)特性更好、穩(wěn)態(tài)精度高、魯棒性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、便于設(shè)計(jì)調(diào)整。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]具體包括以下幾個步驟:
[0007](I)輸入上平臺中心點(diǎn)的終點(diǎn)坐標(biāo)及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角xp，yp，zp，αρ, β p, yp ；
[0008](2)輸入上平臺中心點(diǎn)的起點(diǎn)坐標(biāo)xb, yb, zb,以及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角ab, ^b, Yb ；
[0009](3)計(jì)算上平臺各鉸點(diǎn)在動坐標(biāo)下的坐標(biāo)；
[0010](4)計(jì)算上平臺各鉸點(diǎn)在定坐標(biāo)下的坐標(biāo)；
[0011](5)給坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣R賦初值；
[0012](6)求出x、y、z三個方向桿伸縮值和Dx，Dy，Dz，Da，De，Dy ；
[0013](7) &Dx，Dy，Dz，Da，De，DY 為參量給 R 賦新值；
[0014](8)由R求出上平臺各鉸點(diǎn)在定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0015](9)求6桿各增量處桿長的伸縮量；[0016](10)判斷是否到終點(diǎn)，是則結(jié)束，否則返回步驟(7)。
[0017]該技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018]⑴首先簡單介紹了并聯(lián)六自由度轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)，并對并聯(lián)六自由度轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動學(xué)正解、反解和動力學(xué)解法進(jìn)行了簡要分析。這是對并聯(lián)六自由度平臺進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)優(yōu)化、機(jī)構(gòu)仿真研究的基礎(chǔ)。
[0019]⑵主要是對控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先比較確定了合理的控制方法，然后進(jìn)行了并聯(lián)六自由度轉(zhuǎn)臺的整體控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，最后對單桿控制系統(tǒng)各部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)、建模及控制系統(tǒng)模的型簡化工作。
[0020]⑶針對閥控非對稱缸系統(tǒng)，首先實(shí)現(xiàn)常規(guī)PID的控制和仿真，然后嘗試基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中包括:基于單神經(jīng)元神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的神經(jīng)PID控制算法，并利用Matlab軟件對控制情況進(jìn)行仿真，將其仿真結(jié)果與常規(guī)PID控制算法仿真結(jié)果進(jìn)行比較，得出結(jié)論。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為位置算法程序框圖；
[0022]圖2為并聯(lián)六自由度轉(zhuǎn)臺典型結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3為靜坐標(biāo)系與動坐標(biāo)系位置示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合圖1、圖2和圖3，，輸入上平臺中心點(diǎn)的終點(diǎn)坐標(biāo)及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角xp，yp，zp, α ρ, β ρ, Yp ;起點(diǎn)坐標(biāo)xb, yb, zb,以及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角a b, β b, Yb ;計(jì)算上平臺各鉸點(diǎn)在動坐標(biāo)下的坐標(biāo)；計(jì)算上平臺各鉸點(diǎn)在定坐標(biāo)下的坐標(biāo)；給坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣R賦初值；求出X、1、z三個方向桿伸縮值和Dx，Dy, Dz, DalD01Dy ;以Dx，Dy, Dz, DalD01Dy為參量給R賦新值；由R求出上平臺各鉸點(diǎn)在定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；求桿各增量處桿長的伸縮量；判斷是否到終點(diǎn)，是則結(jié)束，否則返回步驟(7)。
【權(quán)利要求】
1.一種并聯(lián)六自由度驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的軌跡規(guī)劃生成方法，其特征是具體包括以下幾個步驟: (1)輸入上平臺中心點(diǎn)的終點(diǎn)坐標(biāo)及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角xp，yp，zp,α ρ, β ρ, Yp ； (2)輸入上平臺中心點(diǎn)的起點(diǎn)坐標(biāo)xb,yb, zb,以及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角ab, ^b, Yb ； (3)計(jì)算上平臺各鉸點(diǎn)在動坐標(biāo)下的坐標(biāo)； (4)計(jì)算上平臺各鉸點(diǎn)在定坐標(biāo)下的坐標(biāo)； (5)給坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣R賦初值； (6)求出x、y、z三個方向桿伸縮值和Dx，Dy，Dz，Da，De，Dy； (7)&Dx，Dy，Dz，Da，De，DY 為參量給 R 賦新值； (8)由R求出上平臺各鉸點(diǎn)在定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； (9)求6桿各增量處桿長的伸縮量； (10)判斷是否到終點(diǎn)，是則結(jié)束，否則返回步驟(7)。
2.設(shè)開始運(yùn)動時轉(zhuǎn)臺中心沿X、1、z三個方向的加速度分別為axl,ayl, azl到達(dá)終點(diǎn)時的負(fù)加速度為ax2，ay2，az2 ;勻速時的最大速度為Vvx，Vvy, Vzy，這樣根據(jù)物理學(xué)運(yùn)動公式Vt-V0=at,求得轉(zhuǎn)臺運(yùn)動時沿三個方向的T1時刻值，另外，在轉(zhuǎn)臺開始運(yùn)動時Vtl=O,故有Vt=at,也即t=Vt/a,對此轉(zhuǎn)臺則有:
3.知道了上平臺中心點(diǎn)的起點(diǎn)坐標(biāo)xb, yb, zb,以及相對于轉(zhuǎn)臺下平臺的轉(zhuǎn)角α b.Pb，Yb，終點(diǎn)坐標(biāo)xp，yP，ζρ, α ρ, β ρ, Yp之后,轉(zhuǎn)臺上平臺中心點(diǎn)沿χ、y、ζ三個方向移動的距離為
【文檔編號】G05B17/00GK103869705SQ201210527639
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】吳坤朋, 楊亮, 韓雪 申請人:哈爾濱功成科技創(chuàng)業(yè)投資有限公司