[發(fā)明專利]六自由度并聯(lián)機器人運動分析建模及快速求解方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911050959.5
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110815180B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 欒飛;馬軍;孔玲琪;李騰;劉佳;李曉丹
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢華中航空測控技術(shù)有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/02;B25J17/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 燕肇琪

本發(fā)明公開了一種六自由度并聯(lián)機器人運動分析建模及快速求解方法，六自由度機械平臺是由六根帶線性執(zhí)行器的支桿、上下兩個平臺以及上下各六只轉(zhuǎn)向裝置組成，下平臺固定在基礎(chǔ)設(shè)施上，通過六根支桿的伸縮運動控制上平臺在空間六個自由度運動，該機械平臺具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即六個驅(qū)動器共同作用于一個平臺，具體包括如下步驟：運動學(xué)建模與求解；運動控制；其中，運動學(xué)建模與求解包括：移動坐標(biāo)變換、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換、復(fù)合姿態(tài)；運動控制包括建立機械系統(tǒng)模型，根據(jù)建立的模型，計算數(shù)值模擬結(jié)果，最終實現(xiàn)六自由度并聯(lián)機器人的更優(yōu)控制。本發(fā)明用于幫助六自由度并聯(lián)機器人的運動學(xué)建模快速求解和準(zhǔn)確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于六自由度運動平臺運動自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種六自由度并聯(lián)機器人運動分析建模及快速求解方法。

背景技術(shù)

并聯(lián)機器人，與串聯(lián)機器人相比，具有閉鏈約束是并聯(lián)機器人在結(jié)構(gòu)方面最大特點，不僅抵消了誤差累積效應(yīng)，且運動慣量低、負(fù)載能力強、剛度大，使并聯(lián)機器人成為潛在的高速度、高精度運動平臺。

六自由度并聯(lián)運動平臺的空間解析正解的求解一直是一大難點，至今仍不完善。當(dāng)下，并聯(lián)機器人正解常用解析法和數(shù)值法。基于Matlab/SimMechanics的六自由度并聯(lián)運動平臺建模與分析只是對正解方法和現(xiàn)狀及原因做了簡單的描述；利用Matlab對六自由度并聯(lián)平臺進行分析與仿真提出的求解方法存在適用性差、計算復(fù)雜、效率低、仿真模型不完整等缺點；并聯(lián)六自由度機器人智能控制算法的研究采用雙鏈交叉算子的遺傳算法較精確地控制并聯(lián)機器人，但其實時性不強，不能達(dá)到快速準(zhǔn)確的效果；并聯(lián)機構(gòu)位置正解的改進粒子群算法采用粒子群算法求解正解，但較復(fù)雜，很難快速得到結(jié)果。

六自由度并聯(lián)機器人運動仿真，很多研究人員用的是ADMAS、Solidworks、UG等，但有建模復(fù)雜、運動參數(shù)調(diào)整不靈活等缺點。其次，MATALB自帶的Stewart仿真模型內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，運算有延遲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種六自由度并聯(lián)機器人運動分析建模及快速求解方法，用于幫助六自由度并聯(lián)機器人的運動學(xué)建模快速求解和準(zhǔn)確控制。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，六自由度并聯(lián)機器人運動分析建模及快速求解方法，六自由度機械平臺是由六根帶線性執(zhí)行器的支桿、上下兩個平臺以及上下各六只轉(zhuǎn)向裝置組成，下平臺固定在基礎(chǔ)設(shè)施上，通過六根支桿的伸縮運動控制上平臺在空間六個自由度運動，該機械平臺具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即六個驅(qū)動器共同作用于一個平臺，具體包括如下步驟：

運動學(xué)建模與求解；

運動控制；

其中，運動學(xué)建模與求解包括：移動坐標(biāo)變換、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換、復(fù)合姿態(tài)；運動控制包括建立機械系統(tǒng)模型，根據(jù)建立的模型，計算數(shù)值模擬結(jié)果，最終實現(xiàn)六自由度并聯(lián)機器人的更優(yōu)控制。

線性執(zhí)行器為伺服電動缸或液壓缸、氣缸中的一種。

轉(zhuǎn)向裝置為萬向節(jié)或球面副。

移動坐標(biāo)變換中當(dāng)高度不變，已知移動的中心點求桿長，具體如下：

建系：以固定在基礎(chǔ)設(shè)施上的下平臺的中心為原點，所在面為XOY面，由右手定則Z軸向上，設(shè)定兩個距離近的轉(zhuǎn)向裝置之間的夾角為θ_A，下平臺的半徑為R，上平臺的半徑為r；

對于底面的固定平臺的6個坐標(biāo)點的空間坐標(biāo)分別為：

A₁(R,0,0)，

A₂(Rcosθ_A,-Rsinθ_A,0)，