六自由度平台在运动过程中为了保持稳定性和避免损坏故障,六支伺服电动缸必须做到协调一致的动作。考虑到多轴的同步、协调运动、运动机构的实际应用环境以及六自由度平台是一种高度耦合的系统,其运动控制相对复杂。
六自由度运动平台不仅需要点位控制,同时也要考虑点到点之间的过程,这有别于串联机构的控制策略,串联机构的控制只考虑到达目标点的准确性和快速性,而不考虑中间过程。
该控制方法需实时获取机构末端的位置姿态值,由于传感器等直接测量方式成本较高,因此多利用运动学正解计算获得末端位置姿态。此外,平台工作过程中不合理的运动轨迹会引起冲击振动等问题,会影响平台运动精度等性能指标,且可能会损坏平台的机械结构,减少平台使用寿命。因此,对包括六自由度平台这种并联机构实时运动学正解及最优轨迹规划在内的伺服控制技术的研究显得尤为重要。
六自由度运动平台运动控制分为两种控制策略:一种是关节空间内的闭环控制。平台运动时,各电动缸伸缩长度伸缩速度不同,各电动缸输出力矩及所受负载等亦不相同,因此对各电动缸进行单独的闭环控制,也就是关节空间内的闭环控制。这种控制策略为准闭环控制,在使用时难以实现各电动缸的精确协同,因此对平台轨迹的控制精度有一定影响。
另外一种是工作空间与关节空间内的闭环控制。这种控制策略是直接对平台的位置姿态进行闭环控制,形成工作空间内的闭环。然后根据计算得到的各电动缸的运动参数,在关节空间内针对各电动缸再进行闭环控制。这种控制策略能够进一步提高平台末端的控制精度,而缺点在于计算量比较大,需要进行两次闭环计算及运动学反解计算,此外还需实时获得平台工作空间内的位置姿态值。
位姿闭环控制器根据输入的目标位姿与当前平台的实际位姿计算得到位姿控制量,然后通过运动学反解计算得到各个电动缸对应的控制量,各电动缸根据对应的控制量参数完成闭环控制,整体控制框架为双闭环结构。
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