大型刚体调姿实验平台手轮功能的实现（二）

2.2    调姿实验平台运动控制的实现
        在本调姿实验平台的手动控制模式中,根据工艺要求的不同,手轮功能有两种不同的驱动对象:¹操作对象为现场设备,即驱动单个三坐标支撑机构沿其轴向运动;º操作对象为刚体,即协同控制所有轴实现刚体的位置姿态调整。
2.2.1    现场设备的运动控制
        驱动单个三坐标支撑机构沿其轴向运动时,将单个采样周期内采集的脉冲增量转化为电机运动的速度值进行运动控制[9]。考虑到操作者不能精确的控制每个采样周期内的脉冲增量,从而引起电机不必要的频繁加速与减速运动,本研究将采样周期内的脉冲增量最小值与最大值之间均匀划分为若干区间,每个区间内取其平均值。例如在本实验平台中,单个采样周期内脉冲增量范围为(-max(n),max(n)),将其均匀划分为m个区间,若采样脉冲数n落在某个区间,则处理后的采样脉冲增量f(n)为该区间的某一特定值,通常选中间值。
        最大脉冲数max(n)根据采样时间及操作者的操作方式而定。
2.2.2    刚体姿态的运动控制
        当驱动多轴同步协调运动时,需对各运动轴进行精确的位置控制,从而保证刚体的几何特性。否则三坐标支撑机构在运动过程中会出现对刚体的拉扯或者挤压的现象,这样就造成了调整精度的下降,甚至会损坏刚体。本系统采用了位置-时间的运动模式(position-timemotion),简称PT运动,它是指将刚体从当前位姿到目标位姿的运动轨迹离散为若干点,并且确保两点之间的位姿变换的绝对值小于刚体的调姿精度。每个点就代表一个刚体的位姿,而刚体位姿对应着一组所有相关运动轴的运动位置,从前一点到后一点,每个运动轴的位置差除以各自的额定速度即可求出运动时间,取最大值作为这两点之间的时间差,即每个点也对应一个时间值。然后求出所有点上的时间值与所有相关运动轴的运动位置,并将这些数据传给运动控制卡,它就会精确控制各相关运动轴在每个时间点上运动到指定位置,从而完成刚体的姿态调整。
3    验证与分析
        3.1单个定位器的运动控制根据本手持单元上的/上翻0、/下翻0功能按键操作光标行上下移动选择定位器(PO-GO),通过/进入0按键选择查看当前光标行所在设备的位置信息,通过右边的方向选择旋钮选择要所要操作的轴向,利用左边的倍乘旋钮选择脉冲倍乘参数,按下左右脉冲使能开关,即可实现设备单轴的操作。
        为验证本调姿系统手轮模块功能的跟随特性,本研究作了如下实验。
        在利用手持单元对三坐标支撑机构运动的速度控制中,操作者由慢到快发送脉冲,驱动单轴运动,并实时采集设备的实际速度与理论速度数据,绘制成速度曲线,从图中明显反映出单轴运动的跟随特性,并且速度值呈阶梯状变化,有效地避免了频繁的加减速运动。本实验的采样周期为200ms。
3.2    刚体的位置姿态控制
        在调姿阶段,手轮界面通过右边的方向选择旋钮选择要所要操作的运动方向,利用左边的倍乘旋钮选择脉冲倍乘参数,按下左右脉冲使能开关,即可发送脉冲设定在该方向所要运动的距离或旋转的角度,设定好之后,按下/运动0按键,即可实现刚体的位姿变化。
4    结束语
        本研究提出的大型刚体调姿实验平台手轮功能的实现方法,使得操作者在工作现场,通过一部手持操作单元,即可以便捷的实现对于实验平台中的所有三坐标支撑机构的轴向速度运动控制,又可以实现多定位器协同运动控制以完成刚体位姿调整。该手轮功能模块在大型刚体调姿实验平台系统已得到充分的验证与使用。具有很强的工程应用价值,并对并联机床的手轮功能开发也具有一定的指导意义。