孫 嚴(yán)，卜 泳，杜兆才，陳 龍，段巍

（中國(guó)航空制造技術(shù)研究院，數(shù)字 化制造技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024）

0 引言

直升機(jī)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自動(dòng)化裝配系統(tǒng)主要由龍門(mén)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)、模塊化夾持工裝、被動(dòng)柔順定位平臺(tái)組成。其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)（圖1）具有六自由度的調(diào)姿定位功能，配合模塊化夾持工裝對(duì)不同型號(hào)直升機(jī)自動(dòng)傾斜器和主槳轂的夾持，實(shí)現(xiàn)以主減速器為目標(biāo)的精確調(diào)姿和自動(dòng)化插合裝配。

圖1 升力系統(tǒng)裝配并聯(lián)機(jī)構(gòu)

采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)完成調(diào)姿裝配，主要是由于其具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛性高、低慣量、高精度等特點(diǎn)[1]，可實(shí)現(xiàn)3 個(gè)自由度的平移和3 個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，能夠靈活地調(diào)整產(chǎn)品的位置和姿態(tài)來(lái)完成插合裝配。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)桿長(zhǎng)與動(dòng)平臺(tái)位姿之間存在非線性的關(guān)系，這就使得其控制非常復(fù)雜[2]。為了實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的調(diào)姿控制，就要解決其運(yùn)動(dòng)學(xué)的正、反解問(wèn)題。雖然目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正、反解算法很多，但考慮到運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，有些解是實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不可能出現(xiàn)的[3]。同時(shí)，為了滿足控制過(guò)程的實(shí)時(shí)要求，對(duì)算法的運(yùn)算效率和可達(dá)性也提出了要求。如何高效、快速、實(shí)時(shí)求得并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以到達(dá)的可行解，并在運(yùn)動(dòng)控制器中運(yùn)行是一個(gè)難題。

對(duì)于多數(shù)常用的運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)說(shuō)，其主要關(guān)注點(diǎn)在于協(xié)調(diào)多個(gè)電機(jī)完成指定的運(yùn)動(dòng)，比較著重軌跡規(guī)劃、速度規(guī)劃等，比如協(xié)調(diào)多個(gè)軸完成插補(bǔ)動(dòng)作，而對(duì)算法功能支持較少。往往算法的實(shí)現(xiàn)更多的是依賴(lài)MATLAB或者高級(jí)語(yǔ)言，利用其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力來(lái)建立數(shù)學(xué)模型。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，即生成的模型難以和運(yùn)動(dòng)控制器有效結(jié)合，因此控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)性也就很難保證。TwinCAT3 是倍福公司運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的配套軟件，是一款基于Windows 平臺(tái)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，支持符合IEC61131-3 的PLC 語(yǔ)言以及C++ 的混合編程[1]，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制?；赥win-CAT3 軟件的這一特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃和伺服軸的控制可以借由PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)，而正、反解的數(shù)學(xué)模型則可以通過(guò)C++來(lái)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)TwinCAT3 軟件的TcCom Object 功能生成可實(shí)時(shí)運(yùn)算的模塊，這樣就使得計(jì)算時(shí)間非常短，從而滿足實(shí)時(shí)控制的需要。

結(jié)合上述思路，本研究提出了一種6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制方法。首先求解出并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置反解，然后通過(guò)牛頓迭代法，利用位置反解來(lái)求解位置正解，該方法可以保證求得的解是并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可達(dá)解[3]。在Twin CAT3 軟件中建立正、反解的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)求解，最終根據(jù)實(shí)時(shí)求得的桿長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)高速Ether-CAT 總線驅(qū)動(dòng)6 個(gè)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確協(xié)調(diào)同步運(yùn)動(dòng)控制。

1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

1.1 總體結(jié)構(gòu)

并聯(lián)機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)、移動(dòng)副、連桿、電機(jī)、球鉸、動(dòng)平臺(tái)等組成，動(dòng)平臺(tái)與力傳感器、快換機(jī)構(gòu)、夾持工裝連接，定平臺(tái)與龍門(mén)結(jié)構(gòu)上橫梁連接。考慮到裝配工作需要，并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較大的向行程，因此，選擇并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型為6-PUS，如圖2 所示，即定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間通過(guò)6 根連桿連接，對(duì)于每根連桿構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)支鏈，P表示移動(dòng)副，U表示虎克鉸，S表示球副。

圖2 6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型

6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)座B1B2B3B4B5B6構(gòu)成并聯(lián)機(jī)構(gòu)的定平臺(tái)，6 條固定導(dǎo)軌垂直于定平臺(tái)，滑塊沿導(dǎo)軌滑動(dòng)。6 個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈的每個(gè)支鏈為一個(gè)定長(zhǎng)的連桿，一端通過(guò)虎克鉸與滑塊連接，另一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)A1A2A3A4A5A6的6 個(gè)頂點(diǎn)連接?；瑝K與定平臺(tái)之間構(gòu)成移動(dòng)副，當(dāng)滑塊在固定導(dǎo)軌上的位置發(fā)生變化時(shí)，虎克鉸、連桿、球副傳遞到動(dòng)平臺(tái)，耦合作用產(chǎn)生動(dòng)平臺(tái)位置和姿態(tài)的改變。

滑塊的運(yùn)動(dòng)通過(guò)6 個(gè)伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，伺服驅(qū)動(dòng)器與安裝在固定導(dǎo)軌上的絕對(duì)值光柵尺構(gòu)成全閉環(huán)控制。運(yùn)動(dòng)控制器采用倍福C6920 系列基于Windows 平臺(tái)的PC 控制器，CPU 為Intel 酷睿i5 四核處理器，運(yùn)行TwinCAT3 軟件，經(jīng)EtherCAT 總線與節(jié)點(diǎn)上的6 個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通訊，借由控制伺服電機(jī)的實(shí)時(shí)精確同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在三維空間6 個(gè)自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運(yùn)動(dòng)。

1.2 位姿反解

為了便于描述，如圖2 所示，在定平臺(tái)B1B2B3B4B5B6上定義一個(gè)全局坐標(biāo)系Ob-XbYbZb作為基礎(chǔ)坐標(biāo)系，在動(dòng)平臺(tái)A1A2A3A4A5A6上定義一個(gè)局部坐標(biāo)系Op-Xp Yp Zp作為活動(dòng)坐標(biāo)系。定平臺(tái)原點(diǎn)Ob和動(dòng)平臺(tái)原點(diǎn)Op分別位于其幾何中心，各坐標(biāo)軸與全局坐標(biāo)系的同名坐標(biāo)軸方向相同。

6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的求解過(guò)程就是已知?jiǎng)悠脚_(tái)的位姿，解算出滑塊的運(yùn)動(dòng)量，具有唯一解。對(duì)于實(shí)際運(yùn)動(dòng)控制來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)需要通過(guò)路徑規(guī)劃算法給出每個(gè)PLC 任務(wù)周期內(nèi)動(dòng)平臺(tái)在空間中的位姿值（X，Y，Z，α，β，γ），然后根據(jù)反解算法，實(shí)時(shí)計(jì)算出每個(gè)滑塊所需要移動(dòng)的距離，并由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)各滑塊執(zhí)行同步運(yùn)動(dòng)。

以其中的一個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈為例，可以繪制出圖3 的矢量關(guān)系，其中矢量Ob Bi表示定平臺(tái)與導(dǎo)軌連接點(diǎn)Bi在全局坐標(biāo)系Ob-Xb Yb Zb中的位置，Ob Bi= [xBi yBi0]T；矢量Bi Pi表示滑板中心Pi相對(duì)于點(diǎn)Bi的位置，Bi Pi=[0 0zPi0+zPi]T，zPi0為滑板中心Pi的初始位置（零點(diǎn)）到點(diǎn)Bi的距離，zPi為滑板相對(duì)于零點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)量；矢量Pi Ti表示滑板中心Pi相對(duì)于虎克鉸中心Ti的位置，虎克鉸中心與滑板中心等高，因此Pi Ti= [xTiPi yTiPi0]T；矢量OP Ai表示球鉸與動(dòng)平臺(tái)的連接點(diǎn)Ai在局部坐標(biāo)系Op-Xp Yp Zp中的位置，OP Ai=[xAi yAi0]T；Ob OP表示全局坐標(biāo)系Ob-Xb Yb Zb相對(duì)局部坐標(biāo)系Op-Xp Yp Zp的位置矢量，Ob OP=[xbP0+ΔxP ybP0+ΔyP zbP0+ΔzP]T，（xbP0ybP0zbP0）為動(dòng)平臺(tái)的初始坐標(biāo)位置，（ΔxPΔyPΔzP）為動(dòng)平臺(tái)的位移；Ai Si表示球鉸中心Si相對(duì)于點(diǎn)Ai的位置，Ai Si=[0 0zSi]T，zSi為球鉸中心相對(duì)于動(dòng)平臺(tái)端面的偏移量；Ti Si表示虎克鉸中心相對(duì)球鉸中心的位置，其模長(zhǎng)為連桿長(zhǎng)度Li，為一固定值。

圖3 6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及支鏈的矢量關(guān)系

由于OPAi+AiSi為局部坐標(biāo)系Op-Xp Yp Zp下的矢量，因此需要通過(guò)旋轉(zhuǎn)變換矩陣R 轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系Ob-Xb Yb Zb下的矢量。如果按照先繞X軸旋轉(zhuǎn)歐拉角α，再繞Y軸旋轉(zhuǎn)β，最后繞Z軸旋轉(zhuǎn)γ的順序，可以得到旋轉(zhuǎn)矩陣。

將各變量代入式（3）可得：

其中，ΔxP、ΔyP、ΔzP、α、β、γ為動(dòng)平臺(tái)位姿的輸入量，其他變量為已知值或可求值，因此由式（5）可以計(jì)算出反解值，即滑塊運(yùn)動(dòng)量zPi。

1.3 位姿正解

已知各滑塊的位置求解動(dòng)平臺(tái)位姿的方法稱(chēng)為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置正解。由于6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在求解位置正解時(shí)需要對(duì)多元非線性方程組進(jìn)行求解，因此比較復(fù)雜，并且存在多個(gè)解。目前常用的正解解法為解析法和數(shù)值法。解析法是通過(guò)約束方程消去未知數(shù)，使方程成為只含有一個(gè)未知數(shù)的高次多項(xiàng)式[4]。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠得到全部正解，其缺點(diǎn)在于運(yùn)算量大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，且有些解是機(jī)構(gòu)連續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不可能出現(xiàn)的。而數(shù)值法則避免了解析法的上述問(wèn)題，其不但計(jì)算速度較快、求解效率高[5]，更重要的是可以保證所求的解是唯一的、最優(yōu)的，是機(jī)構(gòu)可以到達(dá)的可行解，這樣就滿足了運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中對(duì)于實(shí)時(shí)性和連續(xù)性的要求。

采用數(shù)值解法中的牛頓迭代法，通過(guò)反解計(jì)算得到的滑塊位置，經(jīng)反復(fù)迭代逼近目標(biāo)滑塊位置，最終得到位置正解。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)滑塊所在的固定導(dǎo)軌安裝有絕對(duì)值光柵尺，因此通電后光柵尺讀數(shù)即為滑塊所在的位置，經(jīng)過(guò)位置正解就可以求出動(dòng)平臺(tái)在空間中的位姿。正解算法流程如圖4 所示。這時(shí)經(jīng)過(guò)n+1 次迭代后得到的位姿值Pn+1即為目標(biāo)滑塊位置為zP時(shí)對(duì)應(yīng)的位姿值。

圖4 正解算法流程圖

2 控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件組成

由于6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)需要驅(qū)動(dòng)六個(gè)滑塊完成精確同步運(yùn)動(dòng)，因此在硬件上選用了倍福C6920 系列基于Windows 平臺(tái)的PC 控制器，它可以通過(guò)EtherCAT 總線與節(jié)點(diǎn)上的六個(gè)AX5201 伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通訊。EtherCAT 總線基于工業(yè)以太網(wǎng)，具有強(qiáng)大的分布式時(shí)鐘功能，在多個(gè)伺服軸需要同時(shí)執(zhí)行協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)時(shí)可以確保相互間的同步時(shí)間偏差小于1μs，從而實(shí)現(xiàn)精確同步控制。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5 所示，運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器和I/O 模塊之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接；集成控制軟件與控制器之間通過(guò)TwinCAT3 的ADS 接口進(jìn)行通訊；I/O 模塊用于獲取急停和限位狀態(tài)，并配合控制器完成相應(yīng)的I/O 邏輯控制，對(duì)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行輸出。

圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 TwinCAT3 PLC 程序調(diào)用C++算法模塊

TwinCAT3 軟件支持PLC 和C++的混合編程，利用C++可以更容易、更方便地實(shí)現(xiàn)上文所述的正反解算法，并可以將其封裝成TcCOM 組件供PLC 程序進(jìn)行調(diào)用，而PLC 程序則可以專(zhuān)注于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制功能。

圖6 在TwinCAT3 中注冊(cè)C++接口并發(fā)布TcCOM 組件

PLC 調(diào)用C++正反解算法模塊的過(guò)程是：首先創(chuàng)建C++正反解算法項(xiàng)目，添加TwinCAT Module Class with Cyclic IO，并在TMC Files 下創(chuàng)建輸入/輸出變量，生成TMC 代碼。創(chuàng)建C++正反解所需的系統(tǒng)Task，并將Task分配給編譯好的C++接口TcCOM 組件。然后將C++程序與PLC 程序進(jìn)行鏈接，在PLC 程序中新建滑塊位置值和位姿值變量并鏈接到C++程序中對(duì)應(yīng)的變量上去。這樣就實(shí)現(xiàn)了C++ 算法模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行正、反解計(jì)算，PLC 程序根據(jù)解算值控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)的目的。

2.2.2 基于TwinCAT3 的控制軟件設(shè)計(jì)

6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)需要控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)6 個(gè)滑塊完成精確同步運(yùn)動(dòng)，即根據(jù)給定動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)位姿X、Y、Z、α、β、γ，實(shí)時(shí)計(jì)算出每個(gè)滑塊的運(yùn)動(dòng)量并同步運(yùn)動(dòng)。為了達(dá)到這一目的需要用到TwinCAT3 NCI 來(lái)實(shí)現(xiàn)多軸插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)。在TwinCAT3 中添加NC 插補(bǔ)通道和虛擬軸X、Y、Z、A、B、C，6 個(gè)虛擬軸分別對(duì)應(yīng)動(dòng)平臺(tái)的位姿X、Y、Z、α、β、γ，再添加6 個(gè)滑塊坐標(biāo)系物理軸L1、L2、L3、L4、L5、L6 鏈接到伺服驅(qū)動(dòng)器和PLC。從上文已知可以在TwinCAT3 軟件中調(diào)用C++正反解算法模塊，因此將六個(gè)滑塊軸L1、L2、L3、L4、L5、L6 對(duì)應(yīng)的光柵尺讀數(shù)作為輸入變量鏈接到正解模塊，可以計(jì)算出動(dòng)平臺(tái)在笛卡爾坐標(biāo)系中的位姿值，并輸出給NCI 的6 個(gè)虛擬軸X、Y、Z、A、B、C。將目標(biāo)位姿X、Y、Z、α、β、γ作為輸入量給到虛擬軸，則可以通過(guò)反解模塊，計(jì)算出滑塊所需要的移動(dòng)量，作為輸出變量通過(guò)外部給定功能發(fā)送給NCI，驅(qū)動(dòng)6 個(gè)滑塊運(yùn)動(dòng)。

在實(shí)際控制過(guò)程中，系統(tǒng)通電之初并不知道動(dòng)平臺(tái)當(dāng)前的位姿，只能通過(guò)導(dǎo)軌上的絕對(duì)值光柵尺反饋得到滑塊的位置值，此時(shí)需要通過(guò)正解算法根據(jù)滑塊位置計(jì)算出當(dāng)前動(dòng)平臺(tái)的位姿，并將正解值賦給NCI 的6 個(gè)虛擬軸X、Y、Z、A、B、C。在得到位姿后，可以在PLC 程序中對(duì)NCI 通道中的虛擬軸X、Y、Z、A、B、C進(jìn)行控制，包括點(diǎn)動(dòng)、絕對(duì)和相對(duì)定位控制等。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中NCI 會(huì)自動(dòng)按照樣條曲線規(guī)劃出運(yùn)動(dòng)路徑，并在每個(gè)NC 周期計(jì)算出下一個(gè)目標(biāo)位姿，這個(gè)值作為C++反解模塊的輸入量，經(jīng)過(guò)計(jì)算就能夠?qū)崟r(shí)地輸出每個(gè)滑塊的移動(dòng)量。為了讓伺服驅(qū)動(dòng)器能夠根據(jù)每個(gè)周期給定的移動(dòng)量實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)6 個(gè)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，這里用到了NC 信號(hào)發(fā)生器的外部給定功能。通常TwinCATNC 的設(shè)定位置、速度、加速度都是由NC 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的，在每個(gè)NC 周期會(huì)生成一套設(shè)定數(shù)據(jù)SetPoint。如果驅(qū)動(dòng)器工作在位置模式，SetPoint 中的位置信號(hào)就會(huì)換算后發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器。但在一些特殊情況下，當(dāng)運(yùn)動(dòng)關(guān)系較為復(fù)雜時(shí)，如電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的距離與工件實(shí)際運(yùn)動(dòng)反饋回的位置為非線性關(guān)系時(shí)，那么就需要用戶通過(guò)自己的算法來(lái)給定每個(gè)NC 周期的目標(biāo)位置。因此，上述的反解算法實(shí)際上就作為PLC 程序中使用的一個(gè)獨(dú)立的SetPoint 發(fā)生器，取代了NC 位置發(fā)生器的功能，在每個(gè)NC 周期將目標(biāo)位置數(shù)據(jù)發(fā)送給了伺服驅(qū)動(dòng)器。得益于NCI 強(qiáng)大的路徑規(guī)劃能力，軌跡上位置的速度和加速度也都是連續(xù)的，這就保證了各滑塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程的連續(xù)性。軟件框圖如圖7 所示。

圖7 控制軟件設(shè)計(jì)框圖

并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上位機(jī)軟件運(yùn)行于集成控制計(jì)算機(jī)，如圖8 所示，采用Qt C/C++IDE 開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)上述控制功能，通過(guò)ADS 通信接口與運(yùn)動(dòng)控制器的TwinCAT3 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖8 PC 端上位機(jī)控制界面

3 技術(shù)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本研究所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的正確性，使用激光跟蹤儀對(duì)動(dòng)平臺(tái)的定位精度和重復(fù)精度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為30%。分別控制動(dòng)平臺(tái)沿X、Y、Z、α、β、γ間隔一定步距（角度）平移和旋轉(zhuǎn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由測(cè)量結(jié)果可知，6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的定位精度和重復(fù)定位精度滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

表1 精度測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行跟蹤，在TwinCAT3 軟件中抓取各滑塊的預(yù)定軌跡和實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖9 所示。由圖9可以看到給定位置與實(shí)際位置曲線基本重合，這表明動(dòng)平臺(tái)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠依照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，保證了運(yùn)動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定可靠。

圖9 各滑塊實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)曲線

設(shè)備的實(shí)物圖如圖10 所示，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，文中方法在算法正確性、計(jì)算精度和執(zhí)行效率、各滑塊同步效果以及動(dòng)平臺(tái)定位精度等各項(xiàng)性能指標(biāo)上完全滿足提出的技術(shù)要求。

圖10 直升機(jī)升力部件裝配設(shè)備實(shí)物圖

4 結(jié)論

探索6-PUS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制方法需要研究適合于控制系統(tǒng)實(shí)際控制需要的正、反解算法。通過(guò)牛頓迭代法求解位置正解的方法，計(jì)算時(shí)間短、求解效率高、唯一可達(dá)，滿足實(shí)時(shí)控制的要求。然后通過(guò)TwinCAT3軟件的IEC61131-3 和C++的混合編程方式，將C++編寫(xiě)的正、反解算法封裝成模塊供PLC 程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了同一控制系統(tǒng)下復(fù)雜算法與運(yùn)動(dòng)控制程序的結(jié)合。最后建立動(dòng)平臺(tái)位姿的NCI 虛擬軸，通過(guò)控制虛擬軸運(yùn)動(dòng)和NCI 的路徑規(guī)劃能力，在每個(gè)NC 周期將目標(biāo)位姿解算出每個(gè)滑塊的移動(dòng)量，由PLC 程序的外部給定功能給到各驅(qū)動(dòng)器，并驅(qū)動(dòng)各滑塊的實(shí)軸完成同步運(yùn)動(dòng)。對(duì)于類(lèi)似結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了借鑒和參考。