六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法的制作方法
本發明針對6‐PSS并聯機器人位姿誤差補償，屬于并聯機器人領域，特別涉及六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法。
背景技術：
目前并聯機器人在模擬運動、飛船對接、汽車總裝、數控加工、潛艇救援對接、強力挖掘機構、微動機構等不同場合都得到了廣泛應用。近年來并聯機器人在機器人領域已經成為了研究的熱點，但并聯機構相對較小的運動速度及工作空間限制了其應用范圍，隨著并聯機器人相關研究的不斷深入，各種具有較大工作空間及快速運動特性的并聯機器人越來越受到青睞。并聯機器人定位精度是其工作性能的重要指標，特別是自動裝配、實施手術、集成電路加工等需要高定位精度的應用場合。本發明提供六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法，以減少機構末端執行器空間位姿誤差。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種能夠減少6‐PSS并聯機器人的末端執行器空間位姿誤差的六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法。
為了達到上述目的，本發明提供六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法，其中該六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法包括步驟：
(a)獲得用于連接一動平臺和一靜平臺的各個桿件在空間六維力作用下的變形量；
(b)獲得該動平臺(在各個該桿件的變形量的影響下的位姿；
(c)根據該動平臺的位姿，通過運動學逆解的方式獲得位于該靜平臺上的各個滑塊的位移量；
(d)根據各個該滑塊的位移量，對各個該桿件引起的誤差進行補償。
作為對本發明的該六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法的進一步優選的實施例，用于連接該動平臺和該靜平臺的該桿件的數量為六個。
作為對本發明的該六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法的進一步優選的實施例，各個該桿件均為二力桿。
作為對本發明的該六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法的進一步優選的實施例，各個該桿件和該動平臺通過球鉸進行連接，各個該桿件和該靜平臺通過球鉸進行連接。
作為對本發明的該六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法的進一步優選的實施例，在該步驟(d)中，通過電機控制各個該滑塊移動，以對各個該桿件引起的誤差進行補償。
本發明的該六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法的優勢在于：
本發明的該六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法包括步驟：獲得用于連接一動平臺和一靜平臺的各個桿件在空間六維力作用下的變形量；獲得該動平臺在各個該桿件的變形量的影響下的位姿；根據該動平臺的位姿，通過運動學逆解的方式獲得位于該靜平臺上的各個滑塊的位移量；以及根據各個該滑塊的位移量，對各個該桿件引起的誤差進行補償，這樣，能夠有效地減少該6‐PSS并聯機器人的末端執行器空間位姿的誤差，以提高該6‐PSS并聯機器人的運動的精確性。
通過建立桿件變形、動平臺變形及滑塊位移補償量解析式，由六維力直接通過解析式求得誤差補償量，運算速度快，精度高，可實時進行誤差補償。
附圖說明
為了獲得本發明的上述和其他優點和特點，以下將參照附圖中所示的本發明的具體實施例對以上概述的本發明進行更具體的說明。應理解的是，這些附圖僅示出了本發明的典型實施例，因此不應被視為對本發明的范圍的限制，通過使用附圖，將對本發明進行更具體和更詳細的說明和闡述。在附圖中：
圖1是本發明的涉及的6‐PSS并聯機器人的結構簡圖。
圖2是本發明的該六維氣動力產生的高機動風洞試驗末端位姿誤差補償法的流程圖。
具體實施方式
以下描述用于揭露本發明以使本領域技術人員能夠實現本發明。以下描述中的優選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發明的基本原理可以應用于其他實施方案、變形方案、改進方案、等同方案以及沒有背離本發明的精神和范圍的其他技術方案。
如圖1，該發明涉及的一種6-PSS并聯機器人包括一個靜平臺10、一個動平臺20以及多個與靜平臺連接的滑塊40和用于連接該靜平臺10和該滑塊40的桿件30。值得一提的是，該動平臺20也是一個基座，以用于將該6-PSS并聯機器人固定在預設位置。該靜平臺10和該動平臺20采用上下結構，例如該靜平臺10位于該動平臺20的上部。優選地，該靜平臺10和各個該桿件30之間采用球鉸連接的方式連接在一起，該動平臺20上的各個滑塊40和各個該桿件30之間也采用球鉸連接的方式連接在一起。更優選地，該桿件30和滑塊40的數量是六個，也就是說，該6-PSS并聯機器人包括六個該桿件30，并且各個該桿件30相互間隔地設置在該靜平臺10和該動平臺20之間，以通過各個滑塊40在確保該靜平臺10上能夠運動的同時，保證該靜平臺10的穩定性和精確度。
該6-PSS并聯機器人在空間六維力作用下會發生一定的變形，變形引起的誤差對該6-PSS并聯機器人的運動精度有很大影響，本發明采用解析式計算該6-PSS并聯機器人在空間六維力作用下產生的變形，并在補償該動平臺20的姿態誤差時，可直接采用誤差值補償，即將實測得出與該動平臺20相關的位姿誤差結果取其負值作為補償量，疊加到該動平臺20的位姿的逆解變換計算中。
該動平臺20所受六維力為F＝(Fx，Fy，Fz，Mx，My，Mz)，因六個該桿件30都為二力桿，該動平臺20對六個該桿件30的作用力分別為Fi，i＝1，2…6，對該動平臺20受力分析如下：
可求得Fi，i＝1，2…6
則第i個桿的形變式中li為桿件長度，E為材料彈性模量，I為抗拉壓剛度由此可求得由于該桿件30的變形引起的該動平臺20的位姿為X，Y，Z，α，β，γ，進而得到補償量。
如圖1所示，該靜平臺10的坐標O-XYZ是與機架固聯的靜坐標系，原點O位于該靜平臺10中心的垂直正下方，OZ軸鉛垂向下，OY軸垂直于OXZ平面，且X軸平行于設置于該動平臺20的各個滑塊40的移動方向。
與該動平臺20固聯的坐標系O1-X1Y1Z1是以該動平臺20下表面中心為原點的動坐標系，且原點O1與靜坐標系O-XYZ原點O點重合。該動平臺20沿著靜坐標系Y軸正向移動的方向為動坐標系O1-X1Y1Z1的Y正向，該動平臺20沿著靜坐標系Z軸正向移動的方向為動坐標系O1-X1Y1Z1的Z軸正向，由右手螺旋定則確定O1-X1Y1Z1的X正向。動坐標系O1-X1Y1Z1中O1X1Z1平面繞動坐標系O1-X1Y1Z1的O1Y1旋轉的角度為α。動坐標系O1-X1Y1Z1中O1X1Y1平面繞動坐標系O1-X1Y1Z1的O1Z1旋轉的角度為β。動坐標系O1-X1Y1Z1中O1Y1Z1平面繞動坐標系O1-X1Y1Z1的O1X1旋轉的角度為γ。
動坐標系中任意一向量b′與固定坐標系中的b向量之間關系為：
b＝Tb′+b0
其中b0＝[xm，ym，zm]，即為動坐標系原點在固定坐標系中的位置矢量，變換矩陣T為
式中cα＝cosα，sα＝sinα，其他依此類推。
BDi＝T*BD′i i＝1，2…6
其中，BDi為動平臺20上各球絞中心點在固定坐標系O-XYZ中坐標向量，BD′i為動平臺20上各球絞中心點在動坐標系中O1-X1Y1Z1坐標向量，且分別記為：
BDi＝(BDi，BDiy，BDiy，1)T
BD′i＝(BD′ix，BD′iy，BD′iz，1)T
根據該6-PSS并聯機器人的已知機構尺寸關系，可求出該動平臺20上各球絞中心點在動坐標系O1-X1Y1Z1中坐標向量，再由式求出該動平臺20上各球絞中心點在固定坐標系O-XYZ中坐標向量BD′i。
各個該桿件30靠近該靜平臺10端的球絞中心在固定坐標系O-XYZ中坐標向量為BUi，下式中BUiy，BUiz可根據該6-PSS并聯機器人的已知機構關系求出，BUi記為：
BUi＝(BUix，BUiy，BUiz)
根據該6-PSS并聯機器人的已知結構矢量關系，可得
式中1為該桿件30的長度，由式可計算出滑塊40Ui的運動距離為：
從而在通過用電機控制滑塊40的位移來對誤差進行補償。
因此，如圖2，本發明提供一種6‐PSS并聯機器人在空間六維力作用下的誤差補償方法，其中該6‐PSS并聯機器人在空間六維力作用下的誤差補償方法包括步驟：
(a)獲得用于連接一靜平臺10和一動平臺20的各個桿件30在空間六維力作用下的變形量；
(b)獲得該動平臺20在各個該桿件30的變形量的影響下的位姿；
(c)根據該動平臺20的位姿，通過運動學逆解的方式獲得位于該靜平臺10上的各個滑塊40的位移量；
(d)根據各個該滑塊40的位移量，對各個該桿件30引起的誤差進行補償。
以上對本發明的一個實施例進行了詳細說明，但該內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發明的實施范圍。凡依本發明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發明的專利涵蓋范圍之內。
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