[發明專利]基于運動學正解的三自由度并聯機構的姿態角控制方法

在審

• 申請號: 201711478872.9
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108334114A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 舒天藝;王華;舒濤;徐靜
• 申請（專利權）人: 舒天藝
• 主分類號: G05D3/10
• 分類號: G05D3/10;G05D3/00;B25J9/16
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 郭福利;魏思凡

本發明實施例提供的基于運動學正解的三自由度并聯機構的姿態角控制方法，所述并聯機構包括三組作動器、三組支撐桿和動平臺，控制方法包括：以動平臺上鉸接點所在圓的中心處建立體坐標系O_b?X_bY_bZ_b，并在大地上建立固定的參考坐標系O_p?X_pY_pZ_p，并聯機構處于工作初始位置時體坐標系與參考坐標系重合；應用體坐標系相對與參考坐標系的廣義坐標來描述所述動平臺的姿態，所述廣義坐標包括三個歐拉角，三個所述歐拉角為橫搖角、縱搖角和偏航角；獲取體坐標系相對與參考坐標系的旋轉矩陣；根據所述作動器或所述支撐桿的長度，依據旋轉矩陣與運動學關系，應用運動學正解算法，獲取所述動平臺的姿態角。

技術領域

本發明涉及三自由度搖擺試驗臺的領域，具體而言，涉及一種基于運動學正解的三自由度并聯機構的姿態角控制方法。

背景技術

多自由度搖擺試驗臺包括并聯機構和串聯機構，并聯機構具有剛度大、承載能力大、積累誤差大、動態特性好、結構緊湊等特點，近年來廣泛應用于模擬戰機、機床、機器人等方面。并聯機構各零件結構復雜，運動關系復雜，導致并聯機構的姿態控制困難，難以滿足預期的運動需求。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種基于運動學正解的三自由度并聯機構的姿態角控制方法，以改善現有技術中并聯機構的姿態控制實時性與精度低的問題。

本發明較佳實施例提供了：

基于運動學正解的三自由度并聯機構的姿態角控制方法，所述并聯機構包括三組作動器、三組支撐桿和動平臺，三組所述作動器的一端分別與所述動平臺鉸接，三組所述作動器的另一端分別與地基或者所述支撐桿鉸接；三組所述支撐桿的一端分別與地基鉸接，三組所述作動器的另一端分別與所述動平臺或者所述作動器鉸接；

控制方法包括：

以動平臺上鉸接點所在圓的中心處建立體坐標系O_b-X_bY_bZ_b，并在大地上建立固定的參考坐標系O_p-X_pY_pZ_p，并聯機構處于工作初始位置時體坐標系與參考坐標系重合；

應用體坐標系相對與參考坐標系的廣義坐標來描述所述動平臺的姿態，所述廣義坐標包括三個歐拉角，三個所述歐拉角為橫搖角、縱搖角和偏航角；獲取體坐標系相對與參考坐標系的旋轉矩陣；

根據所述作動器或所述支撐桿的長度，依據旋轉矩陣與運動學關系，應用運動學正解算法，獲取所述動平臺的姿態角。

進一步的，所述并聯機構處于工作初始位置時：

所述作動器、所述支撐桿與所述動平臺的上鉸接點在同一平面內，且位于一個圓上；

三個所述支撐桿的長度相同，且與所述地基的下鉸接點位于一個圓上；所述下鉸接點所在圓的圓心是動平臺中心在地基上的垂直投影；

三個所述作動器之一與所述地基平行，其余所述作動器與所述地基垂直。

進一步的，采用ZYX型歐拉角來描述所述并聯機構的姿態；

體坐標系相對于參考坐標系的廣義坐標表示為：q＝[q₁,q₂,q₃,q₄,q₅, q₆]T；q₁、q₂和q₃依次表示為橫搖角、縱搖角和偏航角，q₄、q₅和q₆為體坐標系原點O1在參考坐標系中的坐標分量。