一体化并联平台的力标定方法

    技术2024-12-08  13


    本发明属于测力平台标定,尤其涉及一种一体化并联平台的力标定方法。


    背景技术:

    1、空间机械臂的在轨服务是一项高投入且高风险的任务,其中最重要降低风险的途径就是在执行任务之前进行充分的地面仿真试验验证。目前地面仿真应用最广泛的手段为半物理试验仿真。

    2、随着我国空间站转入在轨运营期,位于天和实验舱上的大机械臂和位于问天实验舱上的小机械臂是运营期在轨服务的重要工具。随着在轨维修维护产品的尺寸越来越大,其维修组件的重量体积也随之增大,相应的维修接口也越来越大型化和复杂化。目前我国正在研制的2m口径量级空间望远镜(空间站光学试验舱)已经转入正样阶段,其后端模块作为整体维修单元已达到500kg重量和925×880×1300mm体积包络。未来我国10m口径量级在轨组装望远镜,其在轨组装模块单元的体积和重量会进一步增加,因此对空间机械臂的地面半物理仿真系统提出了更大的承载能力要求,一种具有超大测力平台与大承载能力的一体化并联平台应运而生。但传统的力标定方法只能实现并联平台在某一构型下的力传感器标定,当力传感器构型发生变化时,力传感器的刚度发生改变,原有构型下的解耦公式已经不再适用新的构型,导致无法实现并联平台在变构型下的力传感器标定。


    技术实现思路

    1、有鉴于此,本发明创造旨在提供一种一体化并联平台的力标定方法,以解决传统的力标定方法无法实现并联平台在变构型下的力传感器标定的技术问题。

    2、为达到上述目的,本发明创造的技术方案是这样实现的:

    3、一种一体化并联平台的力标定方法,一体化并联平台包括测力平台、基座和连接在测力平台与基座之间的支腿,支腿包括第一铰链、第二铰链、力传感器和伸缩组件,伸缩组件的固定端通过第一铰链与基座连接,伸缩组件的输出端通过第二铰链与测力平台连接,力传感器串联在第二铰链与伸缩组件之间,该力标定方法包括如下步骤:

    4、s1:设定力传感器在一体化并联平台处于不同位姿下的满量程;

    5、s2:对一体化并联平台的每种位姿进行六维力加载与卸载的标定试验,获得试验数据;其中,试验数据包括一体化并联平台在每种位姿下的刚度和力传感器的测量力;

    6、s3:基于试验数据构建并训练神经网络模型;

    7、s4:将一体化并联平台调整到待标定位姿,将一体化并联平台处于此位姿下的刚度和力传感器的测量力输入到神经网络模型,获得一体化并联平台处于此位姿下的加载力。

    8、进一步的,支腿的数量为六个,六个支腿以stewart构型排布。

    9、进一步的,支腿的数量为七个,其中的六个支腿以stewart构型排布,另外一个支腿连接在测力平台和基座的中心位置。

    10、进一步的,构建并训练神经网络模型的过程为:

    11、s31:基于试验数据构建样本集,并样本集按照预定比例划分为训练集、验证集和测试集;

    12、s32:构建神经网络模型,对神经网络模型中的所有参数进行初始化,并使用训练集对神经网络模型进行训练;

    13、s33:使用验证集对训练后的神经网络模型进行验证;

    14、s34:利用测试集对通过验证的神经网络模型进行测试。

    15、进一步的,神经网络模型采用bp神经网络模型或rbf神经网络模型。

    16、进一步的,一体化并联平台在每种位姿下的刚度计算方式如下:

    17、测力平台在六维方向上的受力和形变之间的映射关系为:

    18、(1);

    19、其中,表示作用在测力平台上的广义力,表示测力平台的虚位移,表示一体化并联平台的刚度;

    20、依据胡克定律,支腿的受力与形变之间的映射关系为:

    21、(2);

    22、其中,表示各支腿的刚度组成的矩阵,为各支腿的虚位移;

    23、推导测力平台的变形与支腿的变形之间的关系:

    24、(3);

    25、其中,表示测力平台与支腿之间的速度雅可比矩阵。

    26、基于虚功原理,得到如下关系:

    27、(4);

    28、将公式(1)~(3)带入(4),整理得到一体化并联平台的刚度、支腿的刚度和一体化并联平台的当前位姿之间的关系:

    29、(5);

    30、根据公式(5),得到一体化并联平台在当前位姿下的刚度矩阵。

    31、与现有技术相比,本发明创造能够取得如下有益效果:

    32、1、利用神经网络的自学习功能,引入位姿刚度信息进行数据训练,解决了传统力标定方法无法实现变构型力传感器的标定问题;

    33、2、以stewart构型的6个支腿为基础,在测力平台和基座中心位置之间增加1个冗余支腿,利用冗余支腿提供预紧力,消除铰链等机构间隙,提升一体化并联平台的精度。



    技术特征:

    1.一种一体化并联平台的力标定方法,一体化并联平台包括测力平台、基座和连接在测力平台与基座之间的支腿,支腿包括第一铰链、第二铰链、力传感器和伸缩组件,伸缩组件的固定端通过第一铰链与基座连接,伸缩组件的输出端通过第二铰链与测力平台连接,力传感器串联在第二铰链与伸缩组件之间,通过调节伸缩组件实现对测力平台的调整,使一体化并联平台处于不同的姿态,其特征在于,力标定方法包括如下步骤:

    2.根据权利要求1的一体化并联平台的力标定方法,其特征在于,支腿的数量为六个,六个支腿以stewart构型排布。

    3.根据权利要求1的一体化并联平台的力标定方法,其特征在于,支腿的数量为七个,其中的六个支腿以stewart构型排布,另外一个支腿连接在测力平台和基座的中心位置。

    4.根据权利要求1的一体化并联平台的力标定方法,其特征在于,构建并训练神经网络模型的过程为:

    5.根据权利要求4的一体化并联平台的力标定方法,其特征在于,神经网络模型采用bp神经网络模型或rbf神经网络模型。

    6.根据权利要求1的一体化并联平台的力标定方法,其特征在于,一体化并联平台在每种位姿下的刚度计算方式如下:


    技术总结
    本发明涉及测力平台标定领域,尤其涉及一种一体化并联平台的力标定方法,包括S1:设定力传感器在一体化并联平台处于不同位姿下的满量程;S2:对一体化并联平台的每种位姿进行六维力加载与卸载的标定试验,获得试验数据;其中,试验数据包括一体化并联平台在每种位姿下的理论计算刚度和力传感器的测量力;S3:基于试验数据构建并训练神经网络模型;S4:将一体化并联平台调整到待标定位姿,将一体化并联平台处于此位姿下的刚度和力传感器的测量力输入到神经网络模型,获得一体化并联平台处于此位姿下的加载力。本发明利用神经网络的自学习功能,引入位姿刚度进行数据训练,实现变构型下的力传感器标定。

    技术研发人员:姜爱民,韩哈斯敖其尔,韩春杨,初永志,徐振邦,吴清文
    受保护的技术使用者:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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