基于六自由度柔性并联机构的位姿/力测试装置的制作方法

文档序号:20357046发布日期:2020-04-10 23:25阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于六自由度柔性并联机构的位姿/力测试装置,其特征在于,该装置包括机构基座上底板(3)、基座上下底板连接件(4)、机构基座下底板(6)、零位支撑装置(7)、拉线编码器(5)、机构测量动平台(1)等;其中,机构基座上底板(3)与机构基座下底板(6)通过基座上下底板连接件(4)固定连接;零位支撑装置(7)一端固定连接机构基座上底板(3),另一端开有定位孔;机构测量动平台(1)中心设有定位销;在初始位姿下,定位孔和定位销相连接;拉线编码器(5)安装在机构基座下底板(6)上,拉线编码器(5)上的测量线缆(2)连接机构测量动平台(1),测量线缆(2)的出线口与机构基座上底板(3)的上表面处于同一平面;测量线缆(2)末端与机构测量动平台(1)的下表面处于同一平面。

2.根据权利要求1所述基于六自由度柔性并联机构的位姿/力测试装置,其特征在于,所述机构测量动平台(1)上开有待测目标的安装孔位。

3.根据权利要求1所述基于六自由度柔性并联机构的位姿/力测试装置,其特征在于,所述拉线编码器(5)至少有六个。

4.一种基于权利要求1所述基于六自由度柔性并联机构的位姿/力测试装置的位姿测试方法,其特征在于,包括以下步骤:

(4.1)待测目标相对于参考坐标系{b}的空间六维位姿t为:

t=[xyzαβγ]t

其中,x,y,z表示待测目标相对于参考坐标系{b}的位置参数,α,β,γ表示待测目标相对于参考坐标系{b}的欧拉角;在初始位姿下,机构测量动平台(1)通过零位支撑装置(7)连接机构基座上底板(3),此时待测目标为零位位姿t0。

(4.2)待测目标开始飞行时,测量线缆(2)的拉线长度θ={θi|i=1~n}随之改变,其中n为拉线编码器(5)的个数,θi是第i个拉线编码器(5)的读数;从拉线编码器(5)读取第k次位姿下拉线长度θk。

(4.3)第k-1次飞行器位姿tk-1已知,通过下式计算第k-1次位姿下的拉线长度θk-1:

t=[xyz]t

其中,li为测量线缆(2)拉线方向的单位矢量;rbi表示测量线缆(2)出线口在参考坐标系{b}下的位置矢量;ρi表示测量线缆(2)末端在连体坐标系{m}下的位置矢量;r表示机构测量动平台(1)相对于参考坐标系{b}的姿态矩阵。

(4.4)通过公式(1)求导得到雅克比矩阵j:

其中,jr表示欧拉角矢量与机构测量动平台(1)角速度的传递矩阵,jti为第i个拉线编码器(5)的雅克比矩阵。

(4.5)判断拉线长度差δθ=θk-θk-1是否小于设定的阈值:若是,则第k次位姿tk=tk-1;若否,则以tk-1为计算位姿tk的迭代初值,通过计算当前迭代步下的雅克比矩阵jk计算位姿偏差δtk=jkδθk,将δtk补偿到tk-1=tk-1+δtk中,重复迭代计算δθ,直到δθ小于设定的阈值得到tk。

5.根据权利要求4所述位姿/力测试方法,其特征在于,所述步骤(4.5)中设定的阈值不大于1×10-10

6.一种基于权利要求4所述位姿测试方法的力测试方法,其特征在于,包括以下步骤:

(6.1)获得拉线编码器(5)的测量线缆(2)的拉线长度θi和输出力fi的映射关系;

(6.2)根据步骤(4.5)获得当前待测目标空间六维位姿tk后,根据公式(2)和(3),通过并联机构的静力学理论获得当前待测目标所受的静态载荷fk:

其中,fk=[f1,kf2,k...fn,k]t

7.根据权利要求6所述力测试方法,其特征在于,所述拉线编码器(5)的测量线缆(2)的拉线长度θi和输出力fi的映射关系通过标定得到,具体为:拉压力传感器与线性滑轨滑动连接,拉线编码器(5)的测量线缆(2)末端连接拉压力传感器;改变测量线缆(2)拉线长度θi,通过拉压力传感器获取对应的输出力fi,得到输出力-拉线长度的拟合曲线,完成标定。


技术总结
本发明公开了一种基于六自由度柔性并联机构的位姿/力测试装置,主要包括基座、拉线编码器、零位支撑装置以及动平台。本发明在传统的刚性或柔顺并联机构的构型基础上,通过拉线编码器这一线性传感器代替传统的刚性或柔顺驱动元件,减少了万向铰链以及球关节等关节元件的使用,结构复杂度大为简化。在此基础上,利用并联机构的运动学与静力学理论,依靠拉线编码器获得机构各支链长度以及输出力,即可计算出与机构动平台相连的测试对象的空间六维位姿及受力情况。本发明既可作为测试平台对多旋翼等飞行器的飞行状态进行测试及监控,也可作为独立的传感器测量机器人或其它工业装备的位姿及输出力。

技术研发人员:孔令雨;华强;项森伟;胡易人;谢安桓;张丹
受保护的技术使用者:之江实验室
技术研发日:2019.12.24
技术公布日:2020.04.10
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