本發(fā)明涉及并聯(lián)機(jī)床控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及并聯(lián)機(jī)床手動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法領(lǐng)域，具體的說，是一種并聯(lián)鉆孔裝置鉆頭姿態(tài)的控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的鉆孔機(jī)床在鉆孔之前對刀時(shí)，由于只能分別控制兩個(gè)方向的自由度的運(yùn)動(dòng)，分別在兩個(gè)方向上對齊，不能一次性快速完成對刀工作，通過這種方式控制尋找曲面上某點(diǎn)法線方向并讓鉆頭與之對齊的速度很慢、效率很低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種并聯(lián)鉆孔裝置鉆頭姿態(tài)的控制系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有的機(jī)床鉆孔主要通過人工在兩個(gè)方向自由度進(jìn)行機(jī)械對齊鉆孔需要依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷具有不可控性，影響鉆孔精度的問題；同時(shí)本發(fā)明還提供所述控制系統(tǒng)的控制方法，以便更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種并聯(lián)鉆孔裝置鉆頭姿態(tài)的控制系統(tǒng)，包括控制手柄、液晶顯示裝置、計(jì)算控制裝置和并聯(lián)鉆孔平臺(tái)，所述控制手柄與計(jì)算控制裝置連接，所述計(jì)算控制裝置分別與液晶顯示裝置和并聯(lián)鉆孔平臺(tái)連接；所述計(jì)算控制裝置由依次連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊、映射單元、中心控制單元、運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元和PID控制單元構(gòu)成且所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與控制手柄連接；所述并聯(lián)鉆孔平臺(tái)與所述PID控制單元電連接。

優(yōu)選地，所述并聯(lián)鉆孔平臺(tái)為1PT+3TPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由固定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、從動(dòng)腿和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，所述從動(dòng)腿一端與固定平臺(tái)連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)萬向鉸接，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩端分別與所述固定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)萬向鉸接。

優(yōu)選地，所述從動(dòng)腿與固定平臺(tái)1連接處設(shè)置了增強(qiáng)法蘭。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)相同的第一驅(qū)動(dòng)腿、第二驅(qū)動(dòng)腿和第三驅(qū)動(dòng)腿，所述第一驅(qū)動(dòng)腿、第二驅(qū)動(dòng)腿和第三驅(qū)動(dòng)腿的兩端均分別萬向鉸接在固定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)上且兩端的三個(gè)鉸接點(diǎn)分別位于同一圓周上并且同一端的三個(gè)鉸接點(diǎn)之間的平面夾角均為120°。

優(yōu)選地，所述第一驅(qū)動(dòng)腿、第二驅(qū)動(dòng)腿和第三驅(qū)動(dòng)腿分別通過一號(hào)電動(dòng)缸、二號(hào)電動(dòng)缸和三號(hào)電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)。

一種并聯(lián)鉆孔裝置鉆頭姿態(tài)的控制系統(tǒng)的控制方法，具體如下：

操作控制手柄并通過設(shè)置在控制手柄內(nèi)的傳感器獲得控制手柄繞X軸轉(zhuǎn)角α₁和繞Y軸轉(zhuǎn)角β₁，并通過映射單元對α₁和β₁進(jìn)行處理得到并聯(lián)鉆孔平臺(tái)對應(yīng)的理論滾轉(zhuǎn)角度α₂、俯仰角度β₂；通過運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元得到所述第一驅(qū)動(dòng)腿、第二驅(qū)動(dòng)腿和第三驅(qū)動(dòng)腿的對應(yīng)長度l₁、l₂、l₃；運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元將l₁、l₂、l₃的數(shù)值信號(hào)發(fā)送至PID控制單元，并通過PID控制單元將根據(jù)l₁、l₂、l₃的數(shù)值信號(hào)發(fā)送對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)至并聯(lián)鉆孔平臺(tái)執(zhí)行并鉆孔。

優(yōu)選地，所述α₁和β₁是通過一個(gè)可變映射系數(shù)μ映射到并聯(lián)鉆孔裝置的滾轉(zhuǎn)角度α₂、俯仰角度β₂，定義映射轉(zhuǎn)換的比例系數(shù)為μ₁＝Φ_p/Φ_s，Φ_p為并聯(lián)鉆孔裝置在X和Y軸上旋轉(zhuǎn)的行程范圍，Φ_s為控制手柄在X和Y軸上旋轉(zhuǎn)的行程范圍，并設(shè)μ₂＝0.5μ₁,μ₃＝0.1μ₁，則通過調(diào)節(jié)控制手柄上的映射倍率旋鈕可以從μ₁,μ₂，μ₃中選定一個(gè)合適的旋轉(zhuǎn)映射系數(shù)μ；從動(dòng)腿最短長度為h₁，最大長度為h₂，所述從動(dòng)腿在姿態(tài)調(diào)節(jié)長度為H且H＝(h₁+h₂)/2，所述固定平臺(tái)的半徑R＝400mm，動(dòng)平臺(tái)的半徑r＝150mm，H＝680mm，采樣周期T＝10ms；

位置反解具體如下：

設(shè)固定平臺(tái)A₁A₂A₃的中心處建立固定坐標(biāo)系O₀-X₀Y₀Z₀，動(dòng)平臺(tái)平面C₁C₂C₃的中心處建立動(dòng)坐標(biāo)系O₁-X₁Y₁Z₁；

動(dòng)坐標(biāo)系相對于固定坐標(biāo)系的位移向量為P＝[0,0,H]^T，固定平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：A_i＝[a_ix,a_iy,0]^T(i＝1,2,3)，動(dòng)平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在動(dòng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：B_i＝[b_ix,b_iy,0]^T(i＝1,2,3)。

動(dòng)平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：

式(A)中的μ為映射比例系數(shù)，H為中間從動(dòng)腿在姿態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)的長度。

于是，周邊三條驅(qū)動(dòng)腿的長度可由下式求出

l_i²＝|C_i-A_i|² i＝(1,2,3) (B)

由(A)(B)兩式得到機(jī)構(gòu)的位置反解方程

將b_3x＝0，b_3y＝r代入(C)式得到各條驅(qū)動(dòng)腿的長度

在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將控制手柄的三個(gè)模擬輸入量α₀、β₀和h₀代入(D)、(E)、(F)中，得到第一驅(qū)動(dòng)腿、第二驅(qū)動(dòng)腿和第三驅(qū)動(dòng)腿的對應(yīng)長度l₁、l₂、l₃，再將上述三條驅(qū)動(dòng)腿的長度l₁、l₂、l₃信號(hào)送入PID控制單元，并通過PID控制單元將根據(jù)l₁、l₂、l₃的數(shù)值信號(hào)發(fā)送對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)至并聯(lián)鉆孔平臺(tái)執(zhí)行并鉆孔。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)本發(fā)明通過操作控制手柄實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)鉆孔平臺(tái)進(jìn)行精確控制，提高了智能化程度，且又不局限于固定的程序進(jìn)行固定操作，同時(shí)兼顧了傳統(tǒng)手工定位鉆孔的靈活性和數(shù)控化機(jī)床鉆孔的智能性。

(2)本發(fā)明的映射單元能夠?qū)崿F(xiàn)映射倍率的調(diào)節(jié)，以便適應(yīng)在對不同尺寸零件進(jìn)行鉆孔時(shí)均能實(shí)現(xiàn)快速定位，解決了大尺寸零件鉆孔行程長，降低鉆孔效率的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明并聯(lián)鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明并聯(lián)鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)坐標(biāo)示意圖；

圖3為本發(fā)明控制原理框圖；

其中1-固定平臺(tái)；2-第一驅(qū)動(dòng)腿；3-第二驅(qū)動(dòng)腿；4-第三驅(qū)動(dòng)腿；5-從動(dòng)腿；6-從動(dòng)平臺(tái)；51-增強(qiáng)法蘭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例：

結(jié)合附圖1-3所示，一種并聯(lián)鉆孔裝置鉆頭姿態(tài)的控制系統(tǒng)，包括控制手柄、液晶顯示裝置、計(jì)算控制裝置和并聯(lián)鉆孔平臺(tái)，所述控制手柄與計(jì)算控制裝置連接，所述計(jì)算控制裝置分別與液晶顯示裝置和并聯(lián)鉆孔平臺(tái)連接；所述計(jì)算控制裝置由依次連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊、映射單元、中心控制單元、運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元和PID控制單元構(gòu)成且所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與控制手柄連接；所述并聯(lián)鉆孔平臺(tái)與所述PID控制單元電連接。

優(yōu)選地，所述并聯(lián)鉆孔平臺(tái)為1PT+3TPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由固定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)6、從動(dòng)腿5和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，所述從動(dòng)腿5一端與固定平臺(tái)1連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)6萬向鉸接，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩端分別與所述固定平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)6萬向鉸接。

優(yōu)選地，所述從動(dòng)腿5與固定平臺(tái)1連接處設(shè)置了增強(qiáng)法蘭51。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)相同的第一驅(qū)動(dòng)腿2、第二驅(qū)動(dòng)腿3和第三驅(qū)動(dòng)腿4，所述第一驅(qū)動(dòng)腿2、第二驅(qū)動(dòng)腿3和第三驅(qū)動(dòng)腿4的兩端均分別萬向鉸接在固定平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)6上且兩端的三個(gè)鉸接點(diǎn)分別位于同一圓周上并且同一端的三個(gè)鉸接點(diǎn)之間的平面夾角均為120°。

優(yōu)選地，所述第一驅(qū)動(dòng)腿2、第二驅(qū)動(dòng)腿3和第三驅(qū)動(dòng)腿4分別通過一號(hào)電動(dòng)缸、二號(hào)電動(dòng)缸和三號(hào)電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)。

一種并聯(lián)鉆孔裝置鉆頭姿態(tài)的控制系統(tǒng)的控制方法，具體如下：

操作控制手柄并通過設(shè)置在控制手柄內(nèi)的傳感器獲得控制手柄繞X軸轉(zhuǎn)角α₁和繞Y軸轉(zhuǎn)角β₁，并通過映射單元對α₁和β₁進(jìn)行處理得到并聯(lián)鉆孔平臺(tái)對應(yīng)的理論滾轉(zhuǎn)角度α₂、俯仰角度β₂；通過運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元得到所述第一驅(qū)動(dòng)腿2、第二驅(qū)動(dòng)腿3和第三驅(qū)動(dòng)腿4的對應(yīng)長度l₁、l₂、l₃；運(yùn)動(dòng)學(xué)反解單元將l₁、l₂、l₃的數(shù)值信號(hào)發(fā)送至PID控制單元，并通過PID控制單元將根據(jù)l₁、l₂、l₃的數(shù)值信號(hào)發(fā)送對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)至并聯(lián)鉆孔平臺(tái)執(zhí)行并鉆孔。

優(yōu)選地，所述α₁和β₁是通過一個(gè)可變映射系數(shù)μ映射到并聯(lián)鉆孔裝置的滾轉(zhuǎn)角度α₂、俯仰角度β₂，定義映射轉(zhuǎn)換的比例系數(shù)為μ₁＝Φ_p/Φ_s，Φ_p為并聯(lián)鉆孔裝置在X和Y軸上旋轉(zhuǎn)的行程范圍，Φ_s為控制手柄在X和Y軸上旋轉(zhuǎn)的行程范圍，并設(shè)μ₂＝0.5μ₁,μ₃＝0.1μ₁，則通過調(diào)節(jié)控制手柄上的映射倍率旋鈕可以從μ₁,μ₂,μ₃中選定一個(gè)合適的旋轉(zhuǎn)映射系數(shù)μ；從動(dòng)腿5最短長度為h₁，最大長度為h₂，所述從動(dòng)腿5在姿態(tài)調(diào)節(jié)長度為H且H＝(h₁+h₂)/2，所述固定平臺(tái)1的半徑R＝400mm，動(dòng)平臺(tái)6的半徑r＝150mm，H＝680mm，采樣周期T＝10ms；

位置反解具體如下：

設(shè)固定平臺(tái)(1)A₁A₂A₃的中心處建立固定坐標(biāo)系O₀-X₀Y₀Z₀，動(dòng)平臺(tái)6平面C₁C₂C₃的中心處建立動(dòng)坐標(biāo)系O₁-X₁Y₁Z₁；

動(dòng)坐標(biāo)系相對于固定坐標(biāo)系的位移向量為P＝[0,0,H]^T，固定平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：A_i＝[a_ix,a_iy,0]^T(i＝1,2,3)，動(dòng)平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在動(dòng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：B_i＝[b_ix,b_iy,0]^T(i＝1,2,3)。

動(dòng)平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：

式(A)中的μ為映射比例系數(shù)，H為中間從動(dòng)腿在姿態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)的長度。

于是，周邊三條驅(qū)動(dòng)腿的長度可由下式求出

l_i²＝|C_i-A_i|² i＝(1,2,3) (B)

由(A)(B)兩式得到機(jī)構(gòu)的位置反解方程

將b_3x＝0，b_3y＝r代入(C)式得到各條驅(qū)動(dòng)腿的長度

在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將控制手柄的三個(gè)模擬輸入量α₀、β₀和h₀代入(D)、(E)、(F)中，得到第一驅(qū)動(dòng)腿2、第二驅(qū)動(dòng)腿3和第三驅(qū)動(dòng)腿4的對應(yīng)長度l₁、l₂、l₃，再將上述三條驅(qū)動(dòng)腿的長度l₁、l₂、l₃信號(hào)送入PID控制單元，并通過PID控制單元將根據(jù)l₁、l₂、l₃的數(shù)值信號(hào)發(fā)送對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)至并聯(lián)鉆孔平臺(tái)執(zhí)行并鉆孔。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。