[发明专利]直接驱动的冗余平面并联机构控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面并联机构控制装置，尤其是一种直接驱动的冗余平面并联机构控制装置及方法，属于平面三自由度并联机器人装置及控制研究领域。

背景技术

目前，并联机构的驱动方式主要有直接驱动电机直接驱动、伺服电机驱动、液压驱动、气压驱动和新型驱动装置等。随着技术的进步，对机构的速度和精度提出了越来越高的要求，传统的电机加减速器的驱动方式因减速器的质量一般较大而增加机构的运动惯量，降低机构的响应速度。减速器往往还存在难以消除的齿侧间隙，对机构的传动精度有很大的影响，减速器中存在的摩擦还会带来能量的损失。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种直接驱动的冗余平面并联机构控制装置，该装置通过直线电机和旋转电机混合驱动增大了并联机构工作空间，采用多个传感器测量动平台的运动参数作为反馈信号，使并联机构的运动控制精度达到了较高的水平。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述装置的冗余平面并联机构控制方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

直接驱动的冗余平面并联机构控制装置，包括并联机构本体和控制单元，所述并联机构本体包括动平台和三个并联分支；

所述动平台外形为等边三角形，其设有角加速度传感器和加速度传感器；

每个并联分支包括带位移传感器的直线电机模组、带编码器的旋转电机模组、刚性主动杆和刚性从动杆，所述直线电机模组带动旋转电机模组直线移动，所述刚性主动杆的一端与旋转电机模组连接，刚性主动杆的另一端与刚性从动杆的一端转动连接，所述刚性从动杆的另一端与动平台的一个边角处转动连接；

所述控制单元分别与角加速度传感器、加速度传感器、直线电机模组和旋转电机模组连接。

进一步的，所述每个并联分支中，直线电机模组包括直线电机、导轨、连接块和位移传感器，所述直线电机与导轨平行布置，直线电机的动子与导轨的滑块位于同一水平面上，所述连接块固定在导轨的滑块上，并与直线电机的动子固定连接，所述旋转电机模组固定在连接块的上表面中央，所述位移传感器包括磁栅尺和磁栅读数头，所述磁栅尺贴在直线电机的定子侧边，所述磁栅读数头安装在连接块上。

进一步的，所述连接块通过螺钉固定在导轨的滑块上，并通过螺钉与直线电机的动子固定连接，所述旋转电机模组通过螺钉固定在连接块的上表面中央。

进一步的，所述每个并联分支中，旋转电机模组包括旋转电机、法兰和编码器，所述法兰固定在旋转电机的转子上，并与刚性主动杆的一端固定连接，所述编码器安装在旋转电机的内部。

进一步的，所述法兰通过螺钉固定在旋转电机的转子上，并通过螺钉与刚性主动杆的一端固定连接，所述刚性主动杆的另一端设有套筒，套筒内安装有相连接的第一轴承和第一转轴，所述动平台的每个边角处设有一个孔，孔内安装有相连接的第二轴承和第二转轴，所述刚性从动杆的两端分别设有通过螺栓固定的第一连杆接头和第二连杆接头，所述第一连杆接头与第一转轴铰接，所述第二连杆接头与第二转轴铰接。

进一步的，所述并联机构本体还包括静平台，所述静平台包括基板，所述基板底部设有四个支撑脚，每两个相邻的支撑脚之间安装一横向支架；

所述每个并联分支中，直线电机模组还包括支撑架，所述直线电机和支撑架平行安装在静平台的基板上，所述导轨固定在支撑架上，并与直线电机平行。

进一步的，所述直线电机和支撑架通过螺栓与静平台的基板固定连接，所述导轨通过螺栓固定在支撑架上。

进一步的，所述每个并联分支的直线电机模组和旋转电机模组构成一个驱动机构，三个并联分支的驱动机构在静平台的基板上呈星型布置，任意两个驱动机构之间成120度。

进一步的，所述控制单元包括计算机、运动控制卡、端子板、直线电机伺服驱动单元和旋转电机伺服驱动单元，所述计算机与运动控制卡连接，所述运动控制卡集成了A/D转换和脉冲计数功能，并与端子板连接，所述端子板分别与角加速度传感器、加速度传感器、磁栅尺、编码器、直线电机伺服驱动单元和旋转电机伺服驱动单元连接，所述直线电机伺服驱动单元与直线电机连接，所述旋转电机伺服驱动单元与旋转电机连接；

所述角加速度传感器测量动平台在竖直方向上的角加速度信号，所述加速传感器测量动平台在水平面上两个方向的加速度信号，这些信号通过端子板输入到运动控制卡进行A/D转换得到数字信号，由计算机对数字信号进行处理得到动平台的反馈信号；