[实用新型]平面三自由度柔性铰链并联机器人控制装置

说明书

技术领域

本实用新型公开了一种机器人控制装置，特别是一种平面三自由度柔性铰链并联机器人控制装置，属于机器人技术领域。 

背景技术

机器人技术的发展与应用极大地改变了人类的生产和生活方式。利用机器人不仅能够迅速而准确地完成枯燥的重复性工作，而且能够在危险、恶劣环境下安全可靠地完成许多复杂操作，可以大大减轻人们的劳动强度，提高劳动生产率，改善产品质量。 

作为一种具有闭链结构的先进机器人，并联机器人在机构学上具有运动惯量低、负载能力强、刚度大等优点，弥补了传统工业机器人的不足，使得并联机器人成为一种潜在的高速、高精度运末端执行器。 

柔顺机构是一种利用机构中构件自身的柔性变形来完成运动、力和能量的传递和转换的新型机构，在结构上它减少了甚至没有了运动副。与传统的刚性机构相比，它的优越性主要表现在两个方面：降低成本（减少零件数目，减少装配时间，简化制造过程）和提高性能（提高精度，增加可靠性，减少磨损，减轻重量，减少维护）。 

并联机器人是一个结构复杂、多变量、多自由度、多参数耦合的非线性系统，其控制方法的研究非常复杂。最初设计控制系统时，常常把并联机器人的各个分支当作完全独立的系统，使用一些常规控制方法进行控制，在实际中难以实现或得不到令人满意的控制效果。最近几年，国内外学者对并联机器人控制的研究才有了一定进展。 

柔顺机构和并联机器人有着密切的联系，“微/纳米并联微操作机器人”是综合并联机器人、柔性铰链和微/纳米技术迅速发展而形成的一个新研究方向，广泛应用于生物医学领域中的细胞与基因操作、精密外科手术、微电子装配、微细加工、光纤对接等微操作领域，引起国内外许多科研机构的重视。 

带有柔顺关节的并联机器人是带有分布参数的强耦合、非线性、时变、多输入、多输出系统，且具有逆动力学的不确定性，国内外对于这个领域的研究很少。 

柔性铰链并联机器人是将柔性铰链与并联机器人相结合，构建成一种新型高性能并联机器人，为柔性并联机器人开拓了新方向。柔性铰链并联机器人将柔顺机构中的柔性铰链应用到并联机器人中，取代传统运动副，消除了由于运动副所带来的间隙、摩擦、冲击等问题，能够实现高性能的运动输出。尽管柔性铰链并联机器人具有提供比传统并联机器人更高运动性能的潜能，但由于柔性铰链并联机器人系统具有强耦合和强非线性等特点，并且柔性铰链的使用，使得机器人系统的刚性降低，更易受到外界环境的干扰，系统的稳定性和精确性还不够完善。 

实用新型内容

针对柔性铰链并联机器人多闭环、多输入、多输出、非线性、易受外界环境干扰等问题，本实用新型提供了一种能够完善机器人稳定性和精确性的平面三自由度柔性铰链并联机器人控制装置及方法。 

本实用新型的平面三自由度柔性铰链并联机器人控制装置，包括 三自由度柔性铰链平面并联机器人、主控工控机、驱动模块、限位模块和测量模块。主控工控机与可编程多轴运动控制器连接，可编程多轴运动运动控制器与驱动模块和限位模块连接，驱动模块的输出端与柔性铰链并联机器人连接，柔性铰链并联机器人通过测量模块与主控工控机连接。 

所述的平面三自由度柔性铰链并联机器人的机械结构包括：末端执行器1、基座2和与末端执行器1和基座2相连接的三条结构相同的运动支链和三组结构相同的驱动部分；所述运动支链中，主动杆4一端与驱动副3连接，另一端通过柔性铰链5与从动杆6连接，从动杆6与末端执行器1通过转动副7连接；所述驱动部分中，伺服电机9一端固定在基座2上，另一端与减速器8相连，减速器8的另一端与驱动副3连接；主动杆4输出端两侧对称安装一组限位接近传感器10，主动杆4输出端下方安装一个回零接近传感器11。所述的基座2均匀的布置在末端执行器1的周向，且末端执行器1的周向均匀布置转动副7。 

所述的驱动模块共有三组，分别控制机器人的三个运动支链，每组驱动模块结构相同，包括伺服驱动器、伺服电机、旋转编码器和减速器。 

所述的限位模块由回零接近传感器和限位接近传感器组成。 

所述的测量模块由红外传感器、视觉测量仪和视觉测量工控机组成。 

所述装置的控制方法包括如下步骤： 

1.主控工控机根据需要完成的工作任务，完成人机交互功能，机器人的动力学计算，控制系统解算，形成控制指令传送给可编程多轴运动控制器； 

2.可编程多轴运动控制器对接收的控制指令进行分析，计算出控制信号输出给驱动模块；