2011年--外文翻译--基于笛卡尔坐标控制的外感位姿测量三自由度电气驱动运动平台（译文）

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1、 中文 6000 字 ,3800 单词， 2 万英文字符 出处： Izaguirre E, Hernandez L, Rubio E, et al. Cartesian Control of a 3-DOF Electro- pneumatic Actuated Motion Platform with Exteroceptive Pose MeasurementJ. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2011, 8(4):747-750. 基于 笛卡尔 坐标控制的外感 位姿测量三自由度电气驱动运动平台 Eduardo Iza

2、guirre, Luis Hernndez, Ernesto Rubio and Orlando Urquijo Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Cuba 摘要 ： 本文基于外感受 测量系统，提出了一种三自由度电气驱动的并联机器人运动坐标控制方案。 用 逆运动模型从时变的任务空间轨迹中获得所需的 关节 位置坐标。所提出的任务空间内的这个级联控制方案 是 基于 双 环 的。其中， 内环 包括一个解耦 关节 的位置控制，而外回路 的设计 则 是为了得到一个 适当 的任务空间轨迹追踪。为了避免对运动学正解的 实时 计算， 用惯性传感器

3、和光学编码器装置 来提供准确的末端执行器的位姿测量。 该实验的结果展示了所提出的控制方案在工业的 运动跟踪应用程序中的 突出表现。 关键词 ： 笛卡尔坐标控制 外感受 测量 运动平台 三自由度并联机器人 1. 引言 近年来，对并联机器人的研究越来越重要。人们发表了成百上千的研究论文，建造了许多样机，发明了新拓扑 ，他们的应用也在不断增加。 并联运动机床 (PKM)有着良好的刚性，准确的 运动，高移动抗拉强度，高精度和可重复性，但它也带来了严重的挑战，如有限的工作区域，在工作区及 运动学和动力学建模中的奇点。从控制方案的角度来看， PKM 的控制算法不一定 能在关节空间 坐标 或 是 任务 空间

4、 坐标 中发展。 在关节空间控制中，每一个 关节都能 在对不确定性和未建模的动力学的较差补偿下， 被当作 解耦独立的单量输出单量输入的控制回路 。 任务空间方案提出了直接逆动态控制，与关节空间动态模型补偿或任务空间动力学模型补偿。笛卡尔控制方案通常需要通过 正向运动学 ，（包括收敛问题和高计算时间 ）对末端执行器进行联机数学计算。 因此，笛卡 尔控制方案在实时控制中是不适用的。 并联机器人在运动模拟器 领域有许多应用，基于模型的控制现在被用于确保准确的路径追踪，但控制的质量强烈依赖于模型的保真度，而这在实践中不一定能实现。 在轨迹控制中实施非线性方法和智能算法需要相对较高的计算工作量，且其在工

5、业实时应用和采样时间上也有所限制。 本文 通过测量实时运动追踪应用程序中移动平台的直接位姿， 提出了一种运动任务空间控制方案，此方案中机器人完整动态模型是非必要的。 本文还展 示了电气驱动三自由度工业并联机器人的轨迹控制的 所求结果 本文的组织结构如下：第一部分是引言；第 二部分阐述了机器人的主要规格并描述了逆运动学（ IK）方程；第三部分首先介绍了电气动系统的动态模型，其次介绍了关节空间中解耦位置控制方案，再次 以足够的惯性传感器和光学编码器 组合测量移动平台的位置及方向， 提出了级联任务空间 ；最后，运动跟踪应用程序中的实验结果展现了该系统的良好性能。 2. 机器人描述及 IK 模型 2.

6、1 并联机器人体系模型 研究中的机器人系统是由线性气动执行器驱动的 三自由度并联机器人组成的。图一展示了运动模拟 器及其相 应的 CAD 模型在 MSC. Adams 软件中 的发展 ，它们随后被应用于多样的模拟控制方案。 这个系统 的基本数学表达包括逆运动表达和相应的 气动伺服模型， 如驱动器的动态模型 ，这两者都被用来实现该运动控制循环。 固定底座是由三气动运动链继 RPSU-2SPS 架构连接到移动平台上的。 如图二所示，底座坐标框架被设计为 Oxyz 框架， 固定在底座中心，该坐标框架中 Z轴指向垂直上方， X轴指向平台后方。 相似地，一个运动坐标框架 Px y z 以运动平台为中心， Z 轴垂直于末端执行器。 经过简化， z和 z轴方向都指向相同的单位矢量。图 1 三自由度并联平台和它的 ADAMS 虚拟机模型 图 2 TPSU-2SPS 三自由度运动平台的运动学结构 关节采用双作用气缸驱动，其线性位移会产生机器人的三自由度，包括围绕X 和 Y轴旋转，分别由 横摇 （）和 纵摇 ( )角度