[发明专利]一种基于五杆机构的平衡质量运动装置及其控制方法

权利要求书

1、一种基于五杆机构的平衡质量运动装置，其特征在于，包括：

平衡质量；

平衡质量框架；

气浮系统；

运动限位装置；和

平衡质量系统运动纠偏与防漂装置；

所述平衡质量通过所述平衡质量系统运动纠偏与防漂装置连接到所述平衡质量框架上；所述平衡质量框架置于所述气浮系统上；所述运动限位装置位于所述平衡质量系统框架的四个顶角点位置上。

2、根据权利要求1所述的基于五杆机构的平衡质量运动装置，其特征在于：所述平衡质量系统运动纠偏与防漂装置包括执行器系统和测量系统。

3、根据权利要求2所述的基于五杆机构的平衡质量运动装置，其特征在于：所述执行器系统包括两组五杆机构和四组旋转电机。

4、根据权利要求3所述的基于五杆机构的平衡质量运动装置，其特征在于：所述两组五杆机构分别包括两个双曲柄和两个连杆，每个双曲柄两头分别连接一组旋转电机和一根连杆，所述两组五杆机构关于所述平衡质量对偶分布。

5、根据权利要求2所述的基于五杆机构的平衡质量运动装置，其特征在于：所述测量系统由四组旋转编码器通过机构运动构成。

6、一种使用权利要求1所述的基于五杆机构的平衡质量运动装置的方法，其特征在于：所述方法可以是独立运动模式，也可以是跟随运动模式。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述独立运动模式中，所述平衡质量根据自身独立的运动轨迹实现平面正交方向及垂直轴向的自由度的单轴运动。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述跟随运动模式中，所述平衡质量根据上层主运动部件的运动轨迹实现平面正交方向、垂直轴向及平面旋转方向的自由度的多轴运动，包括以下步骤：

(1)对上层主运动部件的运动基于平衡质量进行绝对测量；

(2)将主运动的设定值规划输出经过乘反向质量比增益作为所述平衡质量平面正交方向的运动参考位置，将主运动设定值前馈引入到所述平衡质量平面正交方向跟随控制的前馈环路中；

(3)将所述平衡质量垂直轴向的恒值定位的设定值位置作为所述平衡质量垂直轴向的运动参考位置，将所述平衡质量垂直轴向的设定值加速度输入作为所述平衡质量垂直轴向控制的前馈输入；

(4)将所述平衡质量平面旋转方向的恒值定位的设定值规划作为所述平衡质量平面旋转方向的运动参考位置，将所述平衡质量平面旋转方向的设定值加速度输入作为所述平衡质量平面旋转方向控制的前馈输入；

(5)所述平衡质量的执行器通过增益平衡解偶实现所述平衡质量在水平正交方向、垂直轴向及平面旋转方向上的运动。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述执行器通过增益平衡解偶实现平衡质量在水平正交方向、垂直轴向及平面旋转方向上的运动的方法包括如下步骤：

(1)将控制器输出转换为铰支点的力输出；

(2)根据五杆机构的转动角度将铰支点输出力转换成曲柄端点的受力输出；

(3)根据连杆转角和传感器接口测量到的四个旋转编码器转角，将曲柄端点的受力换算成电机的转矩输出；

(4)根据数模转换器位数限制对执行器转矩转换为数模输出所需要的数字量进行钳位限制；

(5)对每个执行器转矩进行数模输出转换为马达电压位输出。

10、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述方法中测量系统通过五杆机构对所述平衡质量进行间接测量，包括如下步骤：

(1)测量系统在初始化过程中读入旋转编码器初始值以及转换因子和偏移量；

(2)在运动控制过程中，测量接口读入编码器测量值，并根据初始测量位置传感器偏差及其转换因子计算出旋转电机物理轴转动角度；

(3)将电机轴转角换算成曲柄运动位置；

(4)将曲柄位置换算成铰支点的运动位置；

(5)将两个铰支点的运动位置换算成平衡质量的逻辑轴运动位移和偏转，即平衡质量相对于基础框架坐标系的位移和转角。