[發明專利]一種并聯六自由度運動平臺控制系統

在審

• 申請號: 201610733856.9
• 申請日: 2016-08-28
• 公開（公告）號: CN107791235A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 趙儉
• 申請（專利權）人: 趙儉
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種并聯六自由度運動平臺控制系統，適用于機械領域。

背景技術

并聯六自由度平臺是具有重大經濟價值和國防戰略意義的高精尖實驗設備。最早的空間六自由度并聯機器人是1965年D. SLewart提出并研制的。6-SPS機構即著名的SLewarL平臺機構與傳統的串聯式多自由度運動機構相比，它具有承載能力強，剛度好，無積累誤差，精度高等優點。根據上、下各六個球鉸相對分布的不同，該機構可分為多種類型，其運動學己有許多學者進行了研究。進入80年代特別是90年代以來，六自由度運動平臺越來越廣泛的應用于機器人、并聯機床、空間對接計術、航空航海設備、搖擺模擬以及娛樂設施上。

目前我國的六自由度平臺設計水平和制造水平與西方發達國家相比差距還是相當大，對六自由度平臺控制理論、控制系統與技術研究的這些領域內的關鍵課題所做的工作還很粗淺。因此對六自由度的關鍵組成部分進行深入的理論分析和實驗研究，盡快研制出性能優良的六自由度平臺，提高我國的仿真技術水平，具有重大的理論意義和實際應用價值。

發明內容

本發明提出了一種并聯六自由度運動平臺控制系統，采用了3臺直接控制計算機和一臺負責運動規劃、運動位置監控的計算機組成了兩級計算機控制系統去控制并聯機器人的6個關節的液壓伺服系統。

本發明所采用的技術方案是。

所述控制系統把6個獨立的伺服系統有機地協調起來，使其按照設計的要求，實現6個伺服缸伸縮程度和伸縮速度的不同組合，決定平臺在3維空間的不同位置和運動姿態。

所述控制系統采用了3臺直接控制計算機和一臺負責運動規劃、運動位置監控的計算機組成了兩級計算機控制系統去控制并聯機器人的6個關節的液壓伺服系統。

所述電液伺服閥由力矩馬達(或力馬達)、液壓放大器、反饋機構(或平衡機構)三部分組成。力矩馬達或力馬達的輸出力矩或力很小，在閥的流量比較大時，無法直接驅動功率級閥的運動，此時需要增加液壓前置級，將力矩馬達或力馬達的輸出加以放大，再去控制功率閥，這就構成了二級或三級電液伺服閥。第一級的結構形式有單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥、滑閥、射流管閥和射流元件等。

本發明的有益效果是：對于電液伺服系統這類高階、非線性、時變、動特性隨負載變化而變化較大的系統，神經網絡控制對其具有較好的自適應學習能力、魯棒性和實時控制等智能信息處理能力。

附圖說明

圖1是本發明的機構簡圖。

圖2是本發明的電液位置伺服控制系統原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，6-SPS并聯平臺由下平臺、六個液壓缸、上平臺及12個球鉸(或萬向鉸)組成，每個液壓缸的運動各由一個電液伺服閥控制。由于該種結構的平臺機構有六個自由度，因此每個液壓缸都能自由伸縮而不像通常的振動臺那樣受其他液壓缸的制約。也正是由于這種結構，要使平臺產生有規律的運動，必須使六個液壓缸協調地動作。

與應用廣泛、十分常見的六自由度串聯機器人相比，六自由度平臺不夠靈活，表明其靈活度的上運動平臺三維轉動的活動范圍一般小于60°，角度最大也達不到90°。運動空間也不夠大，僅是其上方的一個厚度不算大的蘑菇形空間，但它同時具有以下十分突出的優點。

（1）剛度大，結構穩定。這是由于上運動平臺經由6個液壓缸的支撐。

（2）承載能力強。由于剛度大，較串聯式機構在相同的自重或體積的情況下，具有高得多的承載能力。

（3）誤差小，位姿精度高。因為沒有串聯機構的誤差累積和放大。

（4）動力性能好。串聯式機構的驅動電動機及傳動系統大都放在運動著的大小臂上，增加了系統的慣性，惡化了動力性能，六自由度平臺將動力源放在機座上，減小了運動負載。

（5）反解容易。多自由度機構運動過程中，需要進行實時反解計算。串聯機構的反解十分困難，而對于并聯式機構，六自由度平臺的反解非常容易。

因此作為一種并聯式的機器人，六自由度平臺與串聯式機構形成鮮明的對比，它們在結構和性能特點上是對偶關系，在應用上不是替代作用，而是互補關系。六自由度平臺的出現，擴大了機器人的應用范圍。

如圖2，控制系統把6個獨立的伺服系統有機地協調起來，使其按照設計的要求，實現6個伺服缸伸縮程度和伸縮速度的不同組合，決定平臺在3維空間的不同位置和運動姿態。

控制系統采用了3臺直接控制計算機和一臺負責運動規劃、運動位置監控的計算機組成了兩級計算機控制系統去控制并聯機器人的6個關節的液壓伺服系統。

電液伺服控制系統中，伺服閥的功能是將電氣信號（電壓，電流）變成液壓信號（壓力、流量）的轉換。既起到電氣信號與液壓信號間的轉換作用，又起到信號的放大作用，因此其性能對系統的特性影響很大，是系統中的核心元件。電液伺服閥由力矩馬達(或力馬達)、液壓放大器、反饋機構(或平衡機構)三部分組成。力矩馬達或力馬達的輸出力矩或力很小，在閥的流量比較大時，無法直接驅動功率級閥的運動，此時需要增加液壓前置級，將力矩馬達或力馬達的輸出加以放大，再去控制功率閥，這就構成了二級或三級電液伺服閥。第一級的結構形式有單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥、滑閥、射流管閥和射流元件等。