[發明專利]六自由度并聯機器人電動缸推力估計方法與系統

有效

• 申請號: 202011350317.X
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112497193B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 相鐵武;韓觀林;江錚;王利娟
• 申請（專利權）人: 南京全控航空科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王菊花;王培松

本發明提供一種六自由度并聯機器人電動缸推力估計方法與系統，旨在通過對六自由度平臺的載荷、力矩特性分析以及電動缸的運動特性分析，提出一種新型的估算電動缸的推力的方法，不需要借助商業性軟件或者復雜的三維幾何模型、多體動力學模型，提高估算的效率。本發明提出的方法，可用于六自由度并聯機器人運動平臺的設計以及測試驗證過程，減少設計和驗證過程中的消耗和時間，提高效率。

技術領域

本發明涉及六自由度并聯機器人技術領域，具體而言涉及一種六自由度并聯機器人電動缸推力估計方法與系統。

背景技術

六自由度并聯機器人由基底平臺、運動平臺和六條電動缸組成，因其剛度大、承載能力強、結構簡單等優點被廣泛運用于飛行模擬、車輛駕駛模擬、地震模擬、動感影院、VR虛擬游戲、數控機床、空中加油機對接、空間對接等領域。在六自由度并聯機器人設計過程中，準確計算電動缸推力是最重要的工作內容之一，其計算結果不僅影響著電機、減速機、絲桿、軸承等核心零部件的選型，還影響著六自由度并聯機器人的成本和性能。

在六自由度并聯機器人設計中，對電動缸推力的計算一般由多體動力學商業軟件完成。多體動力學軟件的分析需要建立六自由度并聯機器人的三維幾何模型、多體動力學模型，其過程復雜、耗時長。

發明內容

為了解決現有技術的缺陷與不足，本發明的第一方面提出一種六自由度并聯機器人電動缸推力估計方法，包括以下步驟：

步驟1、基于六自由度并聯機器人的俯仰角、滾轉角、偏航角構造運動平臺的坐標變換模型；

步驟2、根據六自由度并聯機器人的運動平臺的鉸接點的初始坐標以及運動平臺在X、Y、Z方向的位移量以確定運動平臺在運動后的鉸接點坐標；

步驟3、根據輸入的運動平臺的角速度函數獲取運動平臺運動角加速度函數以及運動平臺位移和轉角函數；

步驟4、獲取載荷特征：基于六自由度并聯機器人運動平臺的運動平臺質量及尺寸獲取運動平臺和負載轉動所需的向心載荷、運動平臺和負載角加速度所需的切向載荷以及運動平臺和負載線加速度所需的載荷；

步驟5、獲取力矩特征：基于運動平臺和負載的質心到俯仰、滾轉、偏航旋轉軸的距離確定運動平臺和負載俯仰、滾轉、偏航的轉動慣量，并據此獲取運動平臺和負載俯仰、滾轉、偏航的回轉慣性力矩以及運動平臺和負載重力對于旋轉中心的力矩；

步驟6、獲取運動平臺和負載向X、Y、Z方向運動加速度所需載荷對于旋轉中心的力矩；

步驟7、根據運動平臺運動后第i個鉸接點的坐標以及基底平臺第i個鉸接點的坐標確定電動缸的推力模型F_i，F_i為第i條電動缸的推力；

步驟8、根據步驟4獲取的載荷特征、步驟5獲取的力矩特征以及六自由度并聯機器人的俯仰角、滾轉角、偏航角以構建六自由度并聯機器人運動過程中任意時間點、任意位姿的力系平衡方程；

步驟9、對步驟8所得力系平衡方程進行求解后得到的對應f_i，f_i表示第i條電動缸的推力系數，將f_i結合步驟7的電動缸的推力模型F_i，輸出電動缸的推力。

根據本發明的第二方面還提出一種用于六自由度并聯機器人電動缸推力估計系統，包括：

一個或多個處理器；

存儲器，存儲可被操作的指令，所述指令在通過所述一個或多個處理器執行時使得所述一個或多個處理器執行操作，所述操作包括執行前述方法的過程。

與現有技術相比，本發明的顯著的有益效果在于：