文档介绍：《冶金自动化》年增刊
自由度气动摇摆台的控制研究
陈金兵‘,柴森春‘,张百海‘,杜梦听‘,宁汝新“,赵彤‘
北京理工大学信息科学技术学院,北京机械与车辆工程学院
〔摘要」自由度并联机构具有刚度高,重量轻,输出力大等特点。一般这些并联机构都由液压或电机等方式驱
动。本文介绍了自由度气动摇摆台的结构、控制系统及其控制方法。
〔关键词」自由度摇摆台气动模糊控制控制
引言
自由度并联机构作为机器人范畴的一个重要方面,得到了越来越深人的研究与广泛的应用。由于
并联机器人具有刚度大、承载能力强、惯性小、位置误差不积累、易于力反馈控制、运动学反解简单等串联
型机器人无法比拟的优点,在装配作业、机械加工、地下工程、空间技术、海洋工程、医学和生物工程等领
域有着广阔的应用前景。气动系统具有结构简单、价格低廉、无污染等优点,已广泛应用于社会生产活动
的各个领域。随着气动技术的发展,结合气动技术与并联机构特点的气压驱动并联机器人的研究与应用
必将达到一个新的高度,并将更好地扩展气动技术与并联机构的应用领域。
由于并联机构各驱动器之间存在较强的祸合作用以及气动伺服系统存在较强的非线性、固有频率
低、刚度小等不足,所以使得气动技术在并联机构中的应用与研究进展缓慢,实际应用更不多见。控制技
术与计算机技术的飞速发展为解决上述问题提供了良好的理论与物质基础,特别是智能控制技术的发展
为解决气动系统的非线性,提高系统鲁棒性方面提供了有力的技术支持。本文分析了自由度并联机构
的结构与运动学模型,研究了控制技术在气动位置伺服系统上的应用,在此基础上研制了由气压驱动的
自由度并联机构,实验研究表示该自由度气动摇摆台可以按设定的轨迹实现空间自由度的运动。
本实验室所建立的自由度气动摇摆台是由气压驱动的典型的平台,驱动系统采用了结构
简单、输出力较大、环保安全的气动驱动方式,控制系统采用计算机分布式控制方式。
该并联机构的上下平台均为不等边对称边形,上平台可以进行空间的自由度运动,下平台固定,
通过只结构相同、行程相同的气缸用万向十字节连接上下两平台。该摇摆台的特点及结构尺寸如下
自由度数线移动气缸数平台上两近相邻铰链点的距离平台上两远相邻铰链点的距离
上、下平台外接圆半径上、下平台初始位置间距
控制系统
控制系统在自由度气动并联平台中起着重要的作用,该系统是一个两级分布式控制系统,上位计
算机用于计算气缸的位移量,同时将计算结果通过以太网下传给下位计算机下位计算机接收上位机的
位移数据并用来控制各个气缸的运动。
根据上述计算机分布式控制原理,为气动自由度摇摆台设计了如图所示的计算机控制系统硬
件。控制系统所采用的气缸为公司所生产的型气缸。这种气缸最大的特点在于内部
集成了增量式位移传感器,采用这种气缸作为执行机构可以减少机械安装的复杂性。当气缸正、反向运
动时,位移信号经过台湾研华公司的计数卡传送到下位计算机,下位计算机根据不同的算法,求
出各气缸相应的运动量,再通过板输出与运动量成正比的模拟信号,该信号经过功率放大
板控制压力比例阀的输出压力,从而实现气缸的伺服定位。上、下位机之间采用以太网通信,
通过网卡连接。为满足系统的实时性要求,上位机采用