专利名称：三自由度球面并联机构姿态闭环控制方法
技术领域：
本发明涉及一种三自由度球面并联机构姿态闭环控制方法，具体的说是基于姿态反馈实现球面并联机构的闭环控制方法，该方法有效地解决了该机构输入与输出之间复杂的三维非线性强耦合映射关系给构建闭环控制系统带来的诸多问题。
背景技术：
并联机器人机构属于空间多自由度多闭环机构，和串联机构相比，并联机构具有刚度大、承载能力大、积累误差大、动态特性好、结构紧凑等特点。其中球面并联机构是一种可实现三自由度转动的并联机构，近年来在机床、摄像机定位、机器人关节等方面得到了广泛应用。但是球面并联机构各零件结构复杂，加工难度较大，零件的加工精度和装配精度等很难符合设计要求，导致球面并联机构有一定的姿态定位误差，尤其是在大角度定位时，误差较大，影响了该机构的实际应用。针对该问题，以往的球面并联机构多采用半姿态闭环的控制方法，在电机输出端加编码器进行电机转角反馈，而没有实现全闭环的控制方法。本发明提出一种球面并联机构的姿态闭环控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三自由度球面并联机构姿态闭环控制方法。在球面并联机构上平台上安装姿态传感器(
图1)对上平台姿态的实时测量与反馈，采用(图2所示)姿态闭环控制算法，分3步对姿态进行闭环控制。为达到上述目的，本发明的构思是本三自由度球面并联机构姿态闭环控制操作步骤
(1)、输入上平台的目标姿态Φ，通过逆解模型fa可以得到三个电机转角0，三个电机转动到相应位置；
(2)、姿态传感器测得的实际的姿态Φτ与目标姿态φ进行比较得到姿态偏差ΔΦ，通过姿态偏差补偿函数fM得到偏差补偿值取。另一方面实际姿态Φτ对系统也有一定的补偿作用，通过当前姿态补偿函数tM得到当前姿态补偿值φ"。最后将目标姿态φ、偏差补偿值Φ'和当前姿态补偿值《Τ相加，得到姿态校正值Φ，并将该值代入逆解模型中，重新计算三个电机转角 ，电机转动到补偿后位置；
(3)、如果姿态传感器检测姿态误差在允许范围以内，闭环控制完成，如果不在允许范围内，重复步骤(2)，直至误差在允许范围内。由于系统非线性强耦合特征，单方向偏差补偿跟三个方向姿态误差以及其他因素都有密切关系，因此很难总结出一个准确的偏差补偿函数。为简化系统设计难度，假设单方向偏差补偿函数只由该方向的误差决定，采用二次项方程近似表示两者关系
权利要求
1.一种三自由度球面并联机构姿态闭环控制方法，控制对象为三自由度球面并联机构，该机构由上平台(2)、三组上连杆(3)、三组下连杆(4)、三组伺服电机(5)、三组支架(6)组成下平台，其特征在于在所述三自由度球面并联机构前端安装一个姿态传感器(1)实现并联机构姿态闭环控制；在不断检测球面并联机构上平台位姿与目标位姿的偏差下，通过下平台三个伺服电机(5)运动去纠正偏差，直到偏差小于精度要求，闭环控制结束；实现对球面并联机构上平台(2)姿态的精准控制，包括球面并联机构上平台(2)上安装姿态传感器(1)对上平台(2)姿态的实时测量与反馈，采用上平台姿态闭环控制算法对上平台姿态进行闭环控制；其控制步骤如下1)输入上平台(2)将要运动的目标姿态Φ；2)将上平台(2)目标姿态φ代入逆解模型fR得到下平台三个伺服电机(5)转角 ；3)电机控制器控制三个伺服电机(5)转动到相应位置；4)安装在上平台(2)的姿态传感器(1)检测到实际的姿态Φτ；5)将实际姿态Φτ与目标姿态φ进行比较得到姿态偏差ΔΦ；6)判断姿态偏差ΔΦ是否满足精度指标要求；7)如果偏差满足精度要求，闭环控制结束；如果不满足要求通过姿态偏差补偿函数fM得到偏差补偿值#< ；另一方面实际姿态Φτ对系统也有一定的补偿作用，通过当前姿态补偿函数&得到当前姿态补偿值；最后将目标姿态Φ、偏差补偿值Φ和当前姿态补偿值相加，得到姿态校正值Φ，重复步骤2到步骤6，将该值代入逆解模型中，重新计算三个伺服电机(5 )转角 ，伺服电机(5 )转动到补偿后位置，直至误差在允许范围内。
2.根据权利1所述的三自由度球面并联机构姿态闭环控制方法，其特征在于所述偏差补偿函数为
全文摘要
本发明涉及一种三自由度球面并联机构姿态闭环控制方法，本方法控制对象为三自由度球面并联机构，该机构由上平台(2)、三组上连杆(3)、三组下连杆(4)、三组伺服电机(5)、三组支架(6)组成下平台，其特征在于在所述三自由度球面并联机构前端安装一个姿态传感器(1)实现并联机构姿态闭环控制；在不断检测球面并联机构上平台位姿与目标位姿的偏差下，通过下平台三个伺服电机(5)运动去纠正偏差，直到偏差小于精度要求，闭环控制结束。本方法有效地解决了该机构输入与输出之间复杂的三维非线性强耦合映射关系给构建闭环系统带来的问题，有效地提高了仿生眼的精度。并且很好的完成了整个系统的构建和实验，证明了该方法可行有效。
文档编号G05B19/04GK102566466SQ20121006283
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者徐元玉, 缪金松, 罗均, 谢少荣, 郭其明 申请人:上海大学