[发明专利]Stewart平台的主动柔顺控制策略

说明书

本发明涉及一种Stewart平台的主动柔顺控制策略，属于Stewart平台的控制领域。以六维力传感器作为采集元件、通过神经网络实现的Stewart平台的主动柔顺控制策略。结合轨迹规划和神经网络，可以在平台设计参数未知的情况下，得出平台运动轨迹与输出载荷间的关系模型。再将期望对试件施加的载荷输入模型后，即可获得使试件达到预期载荷时平台的运动轨迹，进而通过位移控制实现Stewart平台以载荷为参量的控制方法。本发明与现有技术相比，避免了传统针对Stewart平台的控制中的复杂解耦与耦合问题，且控制策略的设计无需设备的先验信息，容错率高，不受装配误差、测量误差等因素的干扰。

技术领域

本发明涉及Stewart平台的控制领域，特别涉及一种以六维力传感器作为采集元件、通过神经网络实现的Stewart平台的主动柔顺控制策略。本发明可为飞行模拟器、自动控制、并联机床、材料性能测试等领域所涉及的Stewart平台的加载、定位等技术范畴，提供一种简便的主动柔顺控制方式。

背景技术

并联机构，即通过两个以上的独立的运动链将动平台与定平台进行连接，形成一种以并联方式进行驱动控制的闭环机构。并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代。其中六自由度平台作为并联机器人机构中的一个分支，是国内外学者研究最多的并联机构。最早有关并联六自由度机构的文章由Stewart.D于1965年发表，起初设计用于轮胎测试，后又将这类机械结构置于飞机模拟装置中作为飞行模拟器，因而这种运动机构又称为Stewart机构。该机构由动平台和静平台组成，二者之间通过一个旋转副和一个万向节组成的四连杆机构进行的连接。并联机构具有承载能力大、微动精度高、运动负荷小的特点，且与串联机构相比，具有更大的刚度，结构稳定。在位置求解上，串联机构正解容易，但反解十分困难，而并联机构正解困难反解却非常容易。因此，目前对于并联六自由度机构的理论研究，主要集中于机构学、运动学、动力学和控制策略研究等领域，涉及到如输入运动信号的“洗出”、位姿正逆解、机构的运动学和奇异位形等方面。

机器人控制是机器人学研究中的一个重要领域。当单一位置的轨迹控制不可避免地产生一些不希望的环境接触力时，就要求引入力检测传感器，以检测出机械手与环境接触状态的有关信息，通过响应控制的处理，实现机器人与环境相适应的控制，这对于提高机器人性能、增强机器人的适应性、扩大其应用范围具有重要的意义。机器人研究中的核心矛盾之一为：机器人在特定接触环境操作时对可以产生任意作用力柔性的高要求和机器人在自由空间操作时对位置伺服刚度及机械结构刚度的高要求之间的矛盾。机器人能够对接触环境顺从的这种能力被称为柔顺性。为解决这一矛盾，国内外进行了大量的研究，称之为柔顺控制研究。柔顺性有主动柔顺性及被动柔顺性两种。借助辅助柔顺机构而对外力产生顺从的方式称为被动柔顺性，而通过力采集元件，根据反馈信息，通过一定控制策略进行控制的方式称为主动柔顺性，即所谓的力控制。目前典型的并联六自由度机构力控制主要是基于位置控制进行的，通过选用腕力传感器等元件作为检测工具或直接引入力信号等方式进行闭环反馈控制。

综上，尽管关于Stewart平台的力控方面已有多人研究并提出各种不同控制策略，但大部分是采用将传感器分布在Stewart平台的各个驱动缸上，通过对单缸输出载荷的采集与控制进行耦合进而得到平台总输出载荷；或是针对液压驱动的Stewart平台，通过控制各液压缸的流量、流速等参数进行输出载荷的控制，但在实际应用条件下，电驱Stewart平台的电机转速、实际输出力矩等参数很难测量，无法进行控制，因此该方法不适用于电驱的Stewart平台。以Stewart平台为加载装置，通过六维力传感器进行采集，应用于材料性能测试方面并对待测试件施加指定载荷加载的控制手段尚未有研究。

发明内容