[發明專利]基于虛擬模型的六自由度并聯平臺運動控制方法

有效

• 申請號: 201710386034.2
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107121930B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 張帥帥;樊銘渠;唐興鵬;劉明;朱志強;李貽斌
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 37224 濟南日新專利代理事務所
• 代理人: 王書剛<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種基于虛擬模型的六自由度并聯平臺運動控制方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)對動平臺進行靜力分析，并將動平臺受到的驅動桿推力在其質心處進行分解；

(2)在動平臺的實際位置和期望位置之間，增加虛擬的彈簧剛度-阻尼模型，建立動平臺彈簧剛度-阻尼虛擬模型

(3)忽略動平臺所受重力，只考慮動平臺受外力的影響，由此求出動平臺彈簧剛度-阻尼虛擬模型的數學表達式；

(4)在忽略動平臺重力和驅動桿件重力并且只考慮動平臺所受的靜力的情況下，明確動平臺虛擬力同驅動桿件驅動力的映射關系；

(5)根據對六自由度并聯平臺動平臺的運動需求，基于五次曲線，對動平臺的運動軌跡進行規劃；

(6)基于虛擬模型的六自由度并聯平臺運動控制，使六自由度并聯平臺的動平臺按照規劃的運動軌跡完成相關運動；

所述步驟(3)中求出的動平臺彈簧剛度-阻尼虛擬模型的數學表達式，如下式：

其中，F_x，F_y，F_z，τ_α，τ_β和τ_γ分別為作用在并聯平臺動平臺質心處的虛擬力和力矩；K_px，K_py，K_pz，K_pα，K_pβ和K_pγ分別為6個方向虛擬模型的剛度系數，K_dx，K_dy，K_dz，K_dα，K_dβ和K_dγ分別為6個方向虛擬模型的阻尼系數；^dx，^dy，^dz，^dα，^dβ和^dγ分別為動平臺6個方向的期望運動位姿，x，y，z，α，β和γ分別為動平臺實際位姿；和分別為動平臺6個方向期望運動速度，和為動平臺6個方向實際運動速度；

所述步驟(5)基于五次曲線對動平臺的運動軌跡進行規劃的具體過程為：

設并聯平臺需要規劃的姿態角為θ，姿態角θ為關于時間t的函數，基于五次曲線規劃的軌跡方程，如下第一式：

θ(t)＝a₀+a₁t+a₂t²+a₃t³+a₄t⁴+a₅t⁵，

其中，a₀，a₁，a₂，a₃，a₄和a₅分別為該五次多項式的系數；

對第一式的軌跡方程，分別求對時間的一階和二階導數，得到姿態角θ的角速度和角加速度方程，如下第二式和第三式所示：

軌跡規劃起始時刻為0時刻，記為t₀，此時刻姿態角θ的位置為θ(t₀)，角速度為角加速度為軌跡規劃過程結束的時刻為t_f，此時刻姿態角θ的位置為θ(t_f)，角速度為角加速度為將軌跡規劃過程起始時刻和結束時刻姿態角θ的位置，角速度和角加速度分別代入式第一式、第二式和第三式，得到以下第四式的關系：

其中，五次曲線軌跡規劃多項式的系數a₀，a₁，a₂，a₃，a₄和a₅為未知量，通過求解第四式中方程組得到，其結果如下第五式所示：

將第五式得到的系數代入第一式中，得到姿態角θ的運動軌跡。