[发明专利]一种六自由度平台的定位控制方法

说明书

本发明属于机械自动化、天文领域，并具体公开了一种六自由度平台定位控制方法及设备。该方法包括仿真模型的建立和六自由度平台的控制，通过建立和配置六自由度平台仿真模型及其参数，在simulink中建立基于正运动学求解的六自由度平台PID控制算法模块，结合机械系统动力学自动分析模型实现联合运动仿真控制，进而实现六自由度平台的精密定位控制。本发明的方法及基于该方法的设备实现了六自由度平台的基于工作空间控制策略的控制调节，而且能够运用基于离散牛顿迭代求解的正运动学来实现平台定位的闭环反馈控制，简化控制算法并提高了平台的定位精度。

技术领域

本发明属于机械自动化、天文领域，更具体地，涉及一种六自由度平台的定位控制方法。

背景技术

六自由平台也被称为六自由度并联机器人，经过近几十年的发展，由于其高精度、高刚度、高承载能力的特点，在各个领域都有广泛的应用，如运动模拟器、主动隔振，医疗，精密指向，并联机床等。同样，六自由度平台的这些特点也能够满足望远镜系统紧密指向与稳定成像的要求。与传统空间望远镜次镜刚性支撑结构相比，基于六自由度平台的望远镜次镜调节机构具有空间6自由度运动能力，结构紧凑、精度高且不会对光路进行遮挡，其高刚度和高承载能力能够抵抗振动、重力等因素引起的变形。实际应用中，由于六自由度平台的正运动学求解复杂且可能存在不可达空间和多值解问题的影响，一般采用基于逆运动学的关节空间控制算法，控制六个支腿的运动来实现当到达目标位姿时对应的各自支腿的长度。但是由于支腿以及铰链中不可避免的机械误差，只控制六个支腿的运动到达目标腿长时，其运动平台实际位姿会因支腿以及铰链的机械误差而出现相应的定位误差，应用于望远镜次镜镜像差的校正时，往往需要建立误差补偿模型来弥补，因而增加了控制系统的复杂性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种六自由度平台的定位控制方法，其目的在于，通过离散的牛顿迭代法简化六自由度平台的正运动学求解，并将其引入六自由度平台的控制算法中，从而实现位姿坐标的反馈调节，提高调节精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种六自由度平台定位控制方法，该六自由度平台包括上平台、下平台以及连接上平台和下平台的六个支腿，各支腿两端均通过铰链与上平台、下平台连接，各支腿均具有支腿促动器，支腿促动器分为上、下两个部分，用于控制支腿伸缩，该控制方法包括以下步骤：

(1)根据六自由度平台的结构及结构参数，建立其六自由度仿真模型；

(2)对步骤(1)的六自由度仿真模型添加约束和输入、输出变量；

(3)在步骤(2)的基础上配置输入、输出变量，获得机械系统动力学自动分析模型，并建立该机械系统动力学自动分析模型的simulink控制模块；

(4)通过simulink控制模块建立六自由度平台基于正运动学的PID控制算法，该基于正运动学的PID控制算法包括根据给定的空间位姿坐标计算当前上平台的空间坐标差，通过运动学反解将该空间坐标差转化为六个支腿促动器的长度变化，然后通过正运动学计算，得到当前上平台的坐标，实现六自由度平台的定位控制。

进一步地，步骤(1)中的结构参数包括上平台半径、下平台半径、相邻铰点相对于所属平台的中心点的夹角以及上平台的中位高度；其中，铰点为六自由度仿真模型中铰链的位置点。

进一步地，步骤(2)中，先将六自由度平台的各零件根据六自由度上平台、六自由度下平台、六个支腿促动器的上部分、下部分以及铰链部分进行整合以简化六自由度仿真模型，并且计算出整合后各部分的质量和转动惯量。