[发明专利]一种视觉伺服的平面三自由度宏微复合定位系统及方法

权利要求书

1.一种视觉伺服的平面三自由度宏微复合定位系统，其特征在于：包括支座平台、系统控制与驱动子系统、视觉传感测量反馈子系统、设置在所述支座平台上的宏微并联平台子系统，所述的宏微并联平台子系统包括设置在支座平台上的3-RRR宏动并联机构、固定在所述3-RRR宏动并联机构输出端的3-RRR微动柔顺并联机构，所述视觉传感测量反馈子系统用于实时采集宏微并联平台子系统的位姿图像反馈至所述系统控制与驱动子系统，所述的系统控制与驱动子系统通过电路与宏微并联平台子系统电路连接，用于实时控制宏微结合并联机构末端位置。

2.根据权利要求1所述的视觉伺服的平面三自由度宏微复合定位系统，其特征在于：所述的3-RRR宏动并联机构包括动平台，三个与所述动平台活动连接的动力并联分支，每个动力并联分支均包括安装在所述支座平台上的伺服电机、固定在所述伺服电机输出轴上的主动杆、铰接在所述主动杆另一端的从动杆，所述从动杆的另一端与动平台活动铰接，三台伺服电机安装在支座平台的边沿处呈等边三角形分布。

3.根据权利要求1所述的视觉伺服的平面三自由度宏微复合定位系统，其特征在于：所述的3-RRR微动柔顺并联机构包括居中设置的末端微动平台、以及三个用于驱动动平台运动的并联式传递机构，所述末端微动平台上设置有两个小孔，且其中一个小孔位于末端微动平台中心位置；每个所述的传递机构均包括有一端连接末端微动平台、另一端依次连接电容式位移传感器和压电陶瓷驱动器的两级杠杆式柔性铰支链，所述的电容式位移传感器和压电陶瓷驱动器通过电路连接系统控制与驱动子系统。

4.根据权利要求3所述的视觉伺服的平面三自由度宏微复合定位系统，其特征在于：所述的视觉传感测量反馈子系统包括通过支架固定在所述宏微并联平台子系统上方的工业相机、与相机相连的可变焦相机镜头、安装在所述末端微动平台小孔内的两个LED点光源标志物，所述可变焦相机镜头垂直正对动平台安装且通过串口通讯模块与计算机相连接。

5.根据权利要求3所述的视觉伺服的平面三自由度宏微复合定位系统，其特征在于：所述的系统控制与驱动子系统包括电路连接的计算机、运动控制卡，所述的运动控制卡通过电路分别连接压电陶瓷驱动器、伺服电机驱动器，所述计算机通过电路连接视觉传感测量反馈子系统。

6.一种基于根据权利要求1至5中任一项所述的视觉伺服的平面三自由度宏微复合定位系统的定位方法，其特征在于，包括步骤：

(1)3-RRR宏动并联机构接受到系统控制与驱动子系统的控制信号运动到目标位置以后，通过视觉传感测量反馈子系统检测并确定3-RRR宏动并联机构位姿的误差并反馈到系统控制与驱动子系统，所述系统控制与驱动子系统将3-RRR宏动并联机构的实际位姿和期望位姿作差产生偏差信号，所述偏差信号通过相应的位置控制算法产生控制信号，使3-RRR宏动并联机构运动到期望位置完成粗定位；

(2)调整视觉传感测量反馈子系统的检测模式，从大视场低精度转为小视场高精度，确定3-RRR微动柔顺并联机构的末端位姿和目标位姿的偏差，所述系统控制与驱动子系统根据该偏差控制3-RRR微动柔顺并联机构精密定位。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，步骤1和2中，所述视觉传感测量反馈子系统通过检测位于末端微动平台的两个LED发光标志物确定末端微动平台的位姿误差。

8.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，所述步骤(1)和(2)中，所述视觉传感测量反馈子系统通过如下步骤测量末端微动平台在水平方向上的平动位移和转动角度：

(11)所述视觉传感测量反馈子系统将采集到的两个LED发光标志物图像数据通过串口通信模块以一定格式发送给系统控制与驱动子系统的计算机；

(12)所述计算机获取图像数据后提取LED发光标志物特征，确定LED发光标志物的坐标并计算出动平台在平面三自由度运动的位移Δa,Δb与转角α。