[发明专利]基于运动学正解的三自由度并联机构的姿态角控制方法

说明书

本发明实施例提供的基于运动学正解的三自由度并联机构的姿态角控制方法，所述并联机构包括三组作动器、三组支撑杆和动平台，控制方法包括：以动平台上铰接点所在圆的中心处建立体坐标系O_b‑X_bY_bZ_b，并在大地上建立固定的参考坐标系O_p‑X_pY_pZ_p，并联机构处于工作初始位置时体坐标系与参考坐标系重合；应用体坐标系相对与参考坐标系的广义坐标来描述所述动平台的姿态，所述广义坐标包括三个欧拉角，三个所述欧拉角为横摇角、纵摇角和偏航角；获取体坐标系相对与参考坐标系的旋转矩阵；根据所述作动器或所述支撑杆的长度，依据旋转矩阵与运动学关系，应用运动学正解算法，获取所述动平台的姿态角。

技术领域

本发明涉及三自由度摇摆试验台的领域，具体而言，涉及一种基于运动学正解的三自由度并联机构的姿态角控制方法。

背景技术

多自由度摇摆试验台包括并联机构和串联机构，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，近年来广泛应用于模拟战机、机床、机器人等方面。并联机构各零件结构复杂，运动关系复杂，导致并联机构的姿态控制困难，难以满足预期的运动需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种基于运动学正解的三自由度并联机构的姿态角控制方法，以改善现有技术中并联机构的姿态控制实时性与精度低的问题。

本发明较佳实施例提供了：

基于运动学正解的三自由度并联机构的姿态角控制方法，所述并联机构包括三组作动器、三组支撑杆和动平台，三组所述作动器的一端分别与所述动平台铰接，三组所述作动器的另一端分别与地基或者所述支撑杆铰接；三组所述支撑杆的一端分别与地基铰接，三组所述作动器的另一端分别与所述动平台或者所述作动器铰接；

控制方法包括：

以动平台上铰接点所在圆的中心处建立体坐标系O_b-X_bY_bZ_b，并在大地上建立固定的参考坐标系O_p-X_pY_pZ_p，并联机构处于工作初始位置时体坐标系与参考坐标系重合；

应用体坐标系相对与参考坐标系的广义坐标来描述所述动平台的姿态，所述广义坐标包括三个欧拉角，三个所述欧拉角为横摇角、纵摇角和偏航角；获取体坐标系相对与参考坐标系的旋转矩阵；

根据所述作动器或所述支撑杆的长度，依据旋转矩阵与运动学关系，应用运动学正解算法，获取所述动平台的姿态角。

进一步的，所述并联机构处于工作初始位置时：

所述作动器、所述支撑杆与所述动平台的上铰接点在同一平面内，且位于一个圆上；

三个所述支撑杆的长度相同，且与所述地基的下铰接点位于一个圆上；所述下铰接点所在圆的圆心是动平台中心在地基上的垂直投影；

三个所述作动器之一与所述地基平行，其余所述作动器与所述地基垂直。

进一步的，采用ZYX型欧拉角来描述所述并联机构的姿态；

体坐标系相对于参考坐标系的广义坐标表示为：q＝[q₁,q₂,q₃,q₄,q₅, q₆]T；q₁、q₂和q₃依次表示为横摇角、纵摇角和偏航角，q₄、q₅和q₆为体坐标系原点O1在参考坐标系中的坐标分量。