一种带连杆的六自由度液压运动平台控制方法技术

本发明专利技术公开了一种带连杆的六自由度液压运动平台的控制方法，包括以下步骤：设定上平台的六自由度位姿指令信号，并将指令信号输入到位姿反解计算模块中；位姿反解计算模块通过位姿反解计算，得出六个液压缸的位移，作为六个液压缸位移指令信号；将六个液压缸的位移指令信号输入到阀控缸位置控制系统中，驱动液压缸运动，由液压缸驱动上平台实现六自由度运动。本发明专利技术通过进行局部坐标变换，利用水平液压缸的位移获取连杆下虎克铰铰点中心坐标的表达式，通过求解方程组，求得水平液压缸的位移，实现了带连杆六自由度运动平台的位姿反解运算，提高了由上平台的六自由度位姿指令信号到六个液压缸位移指令信号的转换精度。

【技术实现步骤摘要】
一种带连杆的六自由度液压运动平台控制方法
本专利技术涉及一种机械领域的机器人运动学控制方法。具体的说是一种带连杆的六自由度液压运动平台的控制方法。
技术介绍
现有的多数六自由度液压运动平台，都是液压缸通过铰链和上、下两个平台直接相连。下平台和地面固定，通过液压缸的伸缩运动来驱动上平台的运动，从而模拟六个自由度的运动。可广泛的应用在航天、汽车、建筑等领域。随着科技的进步，各个领域对运动平台控制精度的要求越来越高。传统的六自由度液压运动平台，在较高的频率下，液压缸会产生较大的惯性力，不利于对运动平台的精确控制。带连杆的六自由度液压运动平台可有效解决液压缸缸体在高频振动时产生的横向振动，提高了运动平台的可靠性。采用轻量连杆，不但有效减少了驱动力用于克服液压缸本身重量所做的功，而且有效减少了克服铰接摩擦力所做的功。但目前通用六自由度液压运动平台的控制方法不适用于带连杆的六自由度液压运动平台。将位姿运动学反解算法与单个阀控缸位置控制方法结合，即可实现带连杆的六自由度液压运动平台的运动控制。位姿运动学反解算法主要用于将六自由度运动平台的位姿指令转换为单个液压缸指令。现有的位姿运动学反解算法没有涉及带连杆的运动平台的。对于带连杆的六自由度液压运动平台，水平液压缸通过连杆与上平台连接，连杆的上、下虎克铰随上平台一起运动。而现有的位姿反解方法中，均假定所有液压缸的下铰点是静止不动的。若将现有的位姿反解方法应用于带连杆的六自由度液压运动平台，将极大降低控制精度，无法实现六自由度指令信号的准确再现。本专利技术涉及的参考文献如下：[1]PLUMMERA,Motioncontrolforoverconstrainedparallelservohydraulicmechanisms[C].The10thScandinavianInternationalConferenceonFluidPower,SICFP’07,Tampere,Finland,May2007。[2]PLUMMERA,Ageneralco-ordinatetransformationframeworkformulti-axismotioncontrolwithapplicationsinthetestingindustry[J].ControlEngineeringPractice,2010,18(6)：598-607。[3]SPILLMANNJ,TESCHNERM,CoRdE:Cosseratrodelementsforthedynamicsimulationofone-dimensionalelasticobjects[C].AcmSiggraph/eurographicsSymposiumonComputerAnimation,2007,6(4)：63-72。[4]王恺：六自由度并联平台位置反解及实现仿真研究[D]，广州：华南理工大学,2012。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种能够实现下铰点不固定的带连杆的六自由度液压运动平台的控制方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种带连杆的六自由度液压运动平台的控制方法，所述的六自由度液压运动平台包括：下平台、上平台、三个水平向液压缸、三个垂直向液压缸和三个水平向连杆；所述的三个水平向液压缸分别为1号液压缸、2号液压缸和3号液压缸；所述的三个垂直向液压缸分别为4号液压缸、5号液压缸和6号液压缸；所述的三个水平向连杆分别为1号连杆、2号连杆和3号连杆；所述的1号液压缸、2号液压缸和3号液压缸分别通过1号液压缸支座、2号液压缸支座和3号液压缸支座固定在下平台上；所述的1号连杆、2号连杆和3号连杆的末端通过各自的下虎克铰分别与1号液压缸、2号液压缸和3号液压缸连接，1号连杆、2号连杆和3号连杆的首端通过各自的上虎克铰与上平台连接；所述的4号液压缸、5号液压缸和6号液压缸的下端分别通过各自的下虎克铰与下平台连接，4号液压缸、5号液压缸和6号液压缸的上端分别通过各自的上虎克铰与上平台连接；具体的控制方法，包括以下步骤：A、设定上平台的六自由度位姿指令信号，并将指令信号输入到位姿反解计算模块中；B、位姿反解计算模块通过位姿反解计算，得出六个液压缸的位移，作为六个液压缸位移指令信号；所述的反解计算包括以下步骤：B1、设1号连杆、2号连杆、3号连杆、4号液压缸、5号液压缸、6号液压缸的上虎克铰铰点中心的坐标矩阵A和下虎克铰铰点中心的坐标矩阵B分别为：式中，H1为1号连杆上虎克铰铰点中心A1到平台中心O的水平距离；H2为平台中心O到2号连杆上虎克铰铰点中心A2与3号连杆上虎克铰铰点中心A3的连线的水平距离；Hv为4号液压缸、5号液压缸和6号液压缸各自的上虎克铰铰点中心A4、A5和A6组成的平面到平台中心O的垂直距离；D1为1号连杆上虎克铰铰点中心A2到2号连杆上虎克铰铰点中心A3的距离；；l1为1号连杆下虎克铰铰点中心B1到上虎克铰铰点中心A1的距离；l2为2号连杆下虎克铰铰点中心B2到上虎克铰铰点中心A2的距离；l3为3号连杆下虎克铰铰点中心B3到上虎克铰铰点中心A3的距离；Dv为4号液压缸、5号液压缸和6号液压缸各自的下虎克铰铰点中心B4、B5和B6组成的平面到平台中心O的垂直距离；R为4号液压缸、5号液压缸和6号液压缸各自的下虎克铰铰点中心所在分布圆的半径；ΔL1为1号液压缸的位移；ΔL2为2号液压缸的位移；ΔL3为3号液压缸的位移；B2、计算变换矩阵T和G定义上平台六个自由度的指令信号为Q＝(q1q2q3q4q5q6),式中,q1-横摇角；q2-纵摇角；q3-偏航角；q4-沿Ox平移量；q5-沿Oy平移量；q6-沿Oz平移量，则存在变换矩阵T：式中c表示求余弦符号cos，s表示求正弦符号sin。利用矩阵T与矩阵A的乘积求取矩阵G，即：G＝(gij)＝T·AB3、计算液压缸的位移1号液压缸、2号液压缸和3号液压缸的位移通过求解下述方程组得出：式中，lm为三个水平向液压缸的连杆的两端虎克铰铰点中心的距离；gkm为矩阵G中的元素；bkm为矩阵B中的元素。求解上述方程组，即得出三个水平向液压缸的位移ΔL1、ΔL2和ΔL3；4号液压缸、5号液压缸和6号液压缸的位移的计算公式为：式中，L0为垂直向液压缸上、下铰点中心的初始距离；gkn为矩阵G中的元素；bkn为矩阵B中的元素；C、将六个液压缸的位移指令信号输入到阀控缸位置控制系统中，驱动液压缸运动，由液压缸驱动上平台实现六自由度运动。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过进行局部坐标变换，利用水平液压缸的位移获取连杆下虎克铰铰点中心坐标的表达式，通过求解方程组，求得水平液压缸的位移，实现了带连杆六自由度运动平台的位姿反解运算，提高了由上平台的六自由度位姿指令信号到六个液压缸位移指令信号的转换精度。结合单个阀控缸位置控制系统，给出带连杆的六自由度液压运动平台的控制方法，明显提高了带连杆的六自由度液压运动平台的控制精度。2、本专利技术可以通过软件编程实现。在CPU为IntelPD2.6G、内存为1G的Advantech工控机IPC-610上测试，算法的运行周期小于0.5ms，能够满足运动控制系统实时性要求，所以本专利技术易于采用计算机数字控制实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带连杆的六自由度液压运动平台的控制方法，所述的六自由度液压运动平台包括：下平台(7)、上平台(8)、三个水平向液压缸、三个垂直向液压缸和三个水平向连杆；所述的三个水平向液压缸分别为1号液压缸(1)、2号液压缸(2)和3号液压缸(3)；所述的三个垂直向液压缸分别为4号液压缸(4)、5号液压缸(5)和6号液压缸(6)；所述的三个水平向连杆分别为1号连杆(9)、2号连杆(10)和3号连杆(11)；所述的1号液压缸(1)、2号液压缸(2)和3号液压缸(3)分别通过1号液压缸支座、2号液压缸支座和3号液压缸支座固定在下平台(7)上；所述的1号连杆(9)、2号连杆(10)和3号连杆(11)的末端通过各自的下虎克铰分别与1号液压缸(1)、2号液压缸(2)和3号液压缸(3)连接，1号连杆(9)、2号连杆(10)和3号连杆(11)的首端通过各自的上虎克铰与上平台(8)连接；所述的4号液压缸(4)、5号液压缸(5)和6号液压缸(6)的下端分别通过各自的下虎克铰与下平台(7)连接，4号液压缸(4)、5号液压缸(5)和6号液压缸(6)的上端分别通过各自的上虎克铰与上平台(8)连接；其特征在于：具体的控制方法，包括以下步骤：A、设定上平台(8)的六自由度位姿指令信号，并将指令信号输入到位姿反解计算模块中；B、位姿反解计算模块通过位姿反解计算，得出六个液压缸的位移，作为六个液压缸位移指令信号；所述的反解计算包括以下步骤：B1、设1号连杆(9)、2号连杆(10)、3号连杆(11)、4号液压缸(4)、5号液压缸(5)、6号液压缸(6)的上虎克铰铰点中心的坐标矩阵A和下虎克铰铰点中心的坐标矩阵B分别为：...

【技术特征摘要】
1.一种带连杆的六自由度液压运动平台的控制方法，所述的六自由度液压运动平台包括：下平台(7)、上平台(8)、三个水平向液压缸、三个垂直向液压缸和三个水平向连杆；所述的三个水平向液压缸分别为1号液压缸(1)、2号液压缸(2)和3号液压缸(3)；所述的三个垂直向液压缸分别为4号液压缸(4)、5号液压缸(5)和6号液压缸(6)；所述的三个水平向连杆分别为1号连杆(9)、2号连杆(10)和3号连杆(11)；所述的1号液压缸(1)、2号液压缸(2)和3号液压缸(3)分别通过1号液压缸支座、2号液压缸支座和3号液压缸支座固定在下平台(7)上；所述的1号连杆(9)、2号连杆(10)和3号连杆(11)的末端通过各自的下虎克铰分别与1号液压缸(1)、2号液压缸(2)和3号液压缸(3)连接，1号连杆(9)、2号连杆(10)和3号连杆(11)的首端通过各自的上虎克铰与上平台(8)连接；所述的4号液压缸(4)、5号液压缸(5)和6号液压缸(6)的下端分别通过各自的下虎克铰与下平台(7)连接，4号液压缸(4)、5号液压缸(5)和6号液压缸(6)的上端分别通过各自的上虎克铰与上平台(8)连接；其特征在于：具体的控制方法，包括以下步骤：A、设定上平台(8)的六自由度位姿指令信号，并将指令信号输入到位姿反解计算模块中；B、位姿反解计算模块通过位姿反解计算，得出六个液压缸的位移，作为六个液压缸位移指令信号；所述的反解计算包括以下步骤：B1、设1号连杆(9)、2号连杆(10)、3号连杆(11)、4号液压缸(4)、5号液压缸(5)、6号液压缸(6)的上虎克铰铰点中心的坐标矩阵A和下虎克铰铰点中心的坐标矩阵B分别为：式中，H1为1号连杆(9)上虎克铰铰点中心A1到平台中心O的水平距离；H2为平台中心O到2号连杆(10)上虎克铰铰点中心A2与3号连杆(11)上虎克铰铰点中心A3的连线的水平距离；Hv为4号液压缸(4)、5号液压缸(5)和6号液压缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：关广丰，沈如涛，徐显桩，熊伟，王海涛，马文琦，孙长乐，度红望，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21