六自由度平臺在運動過程中為了保持穩定性和避免損壞故障,六支伺服電動缸必須做到協調一致的動作。考慮到多軸的同步、協調運動、運動機構的實際應用環境以及六自由度平臺是一種高度耦合的系統,其運動控制相對復雜。
六自由度運動平臺不僅需要點位控制,同時也要考慮點到點之間的過程,這有別于串聯機構的控制策略,串聯機構的控制只考慮到達目標點的準確性和快速性,而不考慮中間過程。
該控制方法需實時獲取機構末端的位置姿態值,由于傳感器等直接測量方式成本較高,因此多利用運動學正解計算獲得末端位置姿態。此外,平臺工作過程中不合理的運動軌跡會引起沖擊振動等問題,會影響平臺運動精度等性能指標,且可能會損壞平臺的機械結構,減少平臺使用壽命。因此,對包括六自由度平臺這種并聯機構實時運動學正解及最優軌跡規劃在內的伺服控制技術的研究顯得尤為重要。
六自由度運動平臺運動控制分為兩種控制策略:一種是關節空間內的閉環控制。平臺運動時,各電動缸伸縮長度伸縮速度不同,各電動缸輸出力矩及所受負載等亦不相同,因此對各電動缸進行單獨的閉環控制,也就是關節空間內的閉環控制。這種控制策略為準閉環控制,在使用時難以實現各電動缸的精確協同,因此對平臺軌跡的控制精度有一定影響。
另外一種是工作空間與關節空間內的閉環控制。這種控制策略是直接對平臺的位置姿態進行閉環控制,形成工作空間內的閉環。然后根據計算得到的各電動缸的運動參數,在關節空間內針對各電動缸再進行閉環控制。這種控制策略能夠進一步提高平臺末端的控制精度,而缺點在于計算量比較大,需要進行兩次閉環計算及運動學反解計算,此外還需實時獲得平臺工作空間內的位置姿態值。
位姿閉環控制器根據輸入的目標位姿與當前平臺的實際位姿計算得到位姿控制量,然后通過運動學反解計算得到各個電動缸對應的控制量,各電動缸根據對應的控制量參數完成閉環控制,整體控制框架為雙閉環結構。
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