[發明專利]一種六自由度平臺的定位控制方法

在審

• 申請號: 201811285907.1
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109613819A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 陳良洲;宋暢;宋永鋒;金磊;陳有林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G05B17/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

本發明屬于機械自動化、天文領域，并具體公開了一種六自由度平臺定位控制方法及設備。該方法包括仿真模型的建立和六自由度平臺的控制，通過建立和配置六自由度平臺仿真模型及其參數，在simulink中建立基于正運動學求解的六自由度平臺PID控制算法模塊，結合機械系統動力學自動分析模型實現聯合運動仿真控制，進而實現六自由度平臺的精密定位控制。本發明的方法及基于該方法的設備實現了六自由度平臺的基于工作空間控制策略的控制調節，而且能夠運用基于離散牛頓迭代求解的正運動學來實現平臺定位的閉環反饋控制，簡化控制算法并提高了平臺的定位精度。

技術領域

本發明屬于機械自動化、天文領域，更具體地，涉及一種六自由度平臺的定位控制方法。

背景技術

六自由平臺也被稱為六自由度并聯機器人，經過近幾十年的發展，由于其高精度、高剛度、高承載能力的特點，在各個領域都有廣泛的應用，如運動模擬器、主動隔振，醫療，精密指向，并聯機床等。同樣，六自由度平臺的這些特點也能夠滿足望遠鏡系統緊密指向與穩定成像的要求。與傳統空間望遠鏡次鏡剛性支撐結構相比，基于六自由度平臺的望遠鏡次鏡調節機構具有空間6自由度運動能力，結構緊湊、精度高且不會對光路進行遮擋，其高剛度和高承載能力能夠抵抗振動、重力等因素引起的變形。實際應用中，由于六自由度平臺的正運動學求解復雜且可能存在不可達空間和多值解問題的影響，一般采用基于逆運動學的關節空間控制算法，控制六個支腿的運動來實現當到達目標位姿時對應的各自支腿的長度。但是由于支腿以及鉸鏈中不可避免的機械誤差，只控制六個支腿的運動到達目標腿長時，其運動平臺實際位姿會因支腿以及鉸鏈的機械誤差而出現相應的定位誤差，應用于望遠鏡次鏡鏡像差的校正時，往往需要建立誤差補償模型來彌補，因而增加了控制系統的復雜性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種六自由度平臺的定位控制方法，其目的在于，通過離散的牛頓迭代法簡化六自由度平臺的正運動學求解，并將其引入六自由度平臺的控制算法中，從而實現位姿坐標的反饋調節，提高調節精度。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種六自由度平臺定位控制方法，該六自由度平臺包括上平臺、下平臺以及連接上平臺和下平臺的六個支腿，各支腿兩端均通過鉸鏈與上平臺、下平臺連接，各支腿均具有支腿促動器，支腿促動器分為上、下兩個部分，用于控制支腿伸縮，該控制方法包括以下步驟：

(1)根據六自由度平臺的結構及結構參數，建立其六自由度仿真模型；

(2)對步驟(1)的六自由度仿真模型添加約束和輸入、輸出變量；

(3)在步驟(2)的基礎上配置輸入、輸出變量，獲得機械系統動力學自動分析模型，并建立該機械系統動力學自動分析模型的simulink控制模塊；

(4)通過simulink控制模塊建立六自由度平臺基于正運動學的PID控制算法，該基于正運動學的PID控制算法包括根據給定的空間位姿坐標計算當前上平臺的空間坐標差，通過運動學反解將該空間坐標差轉化為六個支腿促動器的長度變化，然后通過正運動學計算，得到當前上平臺的坐標，實現六自由度平臺的定位控制。

進一步地，步驟(1)中的結構參數包括上平臺半徑、下平臺半徑、相鄰鉸點相對于所屬平臺的中心點的夾角以及上平臺的中位高度；其中，鉸點為六自由度仿真模型中鉸鏈的位置點。

進一步地，步驟(2)中，先將六自由度平臺的各零件根據六自由度上平臺、六自由度下平臺、六個支腿促動器的上部分、下部分以及鉸鏈部分進行整合以簡化六自由度仿真模型，并且計算出整合后各部分的質量和轉動慣量。