大型剛體調姿實驗平臺手輪功能的實現（二）

2.2    調姿實驗平臺運動控制的實現
        在本調姿實驗平臺的手動控制模式中,根據工藝要求的不同,手輪功能有兩種不同的驅動對象:¹操作對象為現場設備,即驅動單個三坐標支撐機構沿其軸向運動;º操作對象為剛體,即協同控制所有軸實現剛體的位置姿態調整。
2.2.1    現場設備的運動控制
        驅動單個三坐標支撐機構沿其軸向運動時,將單個采樣周期內采集的脈沖增量轉化為電機運動的速度值進行運動控制[9]?？紤]到操作者不能精確的控制每個采樣周期內的脈沖增量,從而引起電機不必要的頻繁加速與減速運動,本研究將采樣周期內的脈沖增量最小值與最大值之間均勻劃分為若干區間,每個區間內取其平均值。例如在本實驗平臺中,單個采樣周期內脈沖增量范圍為(-max(n),max(n)),將其均勻劃分為m個區間,若采樣脈沖數n落在某個區間,則處理后的采樣脈沖增量f(n)為該區間的某一特定值,通常選中間值。
        最大脈沖數max(n)根據采樣時間及操作者的操作方式而定。
2.2.2    剛體姿態的運動控制
        當驅動多軸同步協調運動時,需對各運動軸進行精確的位置控制,從而保證剛體的幾何特性。否則三坐標支撐機構在運動過程中會出現對剛體的拉扯或者擠壓的現象,這樣就造成了調整精度的下降,甚至會損壞剛體。本系統采用了位置-時間的運動模式(position-timemotion),簡稱PT運動,它是指將剛體從當前位姿到目標位姿的運動軌跡離散為若干點,并且確保兩點之間的位姿變換的絕對值小于剛體的調姿精度。每個點就代表一個剛體的位姿,而剛體位姿對應著一組所有相關運動軸的運動位置,從前一點到后一點,每個運動軸的位置差除以各自的額定速度即可求出運動時間,取最大值作為這兩點之間的時間差,即每個點也對應一個時間值。然后求出所有點上的時間值與所有相關運動軸的運動位置,并將這些數據傳給運動控制卡,它就會精確控制各相關運動軸在每個時間點上運動到指定位置,從而完成剛體的姿態調整。
3    驗證與分析
        3.1單個定位器的運動控制根據本手持單元上的/上翻0、/下翻0功能按鍵操作光標行上下移動選擇定位器(PO-GO),通過/進入0按鍵選擇查看當前光標行所在設備的位置信息,通過右邊的方向選擇旋鈕選擇要所要操作的軸向,利用左邊的倍乘旋鈕選擇脈沖倍乘參數,按下左右脈沖使能開關,即可實現設備單軸的操作。
        為驗證本調姿系統手輪模塊功能的跟隨特性,本研究作了如下實驗。
        在利用手持單元對三坐標支撐機構運動的速度控制中,操作者由慢到快發送脈沖,驅動單軸運動,并實時采集設備的實際速度與理論速度數據,繪制成速度曲線,從圖中明顯反映出單軸運動的跟隨特性,并且速度值呈階梯狀變化,有效地避免了頻繁的加減速運動。本實驗的采樣周期為200ms。
3.2    剛體的位置姿態控制
        在調姿階段,手輪界面通過右邊的方向選擇旋鈕選擇要所要操作的運動方向,利用左邊的倍乘旋鈕選擇脈沖倍乘參數,按下左右脈沖使能開關,即可發送脈沖設定在該方向所要運動的距離或旋轉的角度,設定好之后,按下/運動0按鍵,即可實現剛體的位姿變化。
4    結束語
        本研究提出的大型剛體調姿實驗平臺手輪功能的實現方法,使得操作者在工作現場,通過一部手持操作單元,即可以便捷的實現對于實驗平臺中的所有三坐標支撐機構的軸向速度運動控制,又可以實現多定位器協同運動控制以完成剛體位姿調整。該手輪功能模塊在大型剛體調姿實驗平臺系統已得到充分的驗證與使用。具有很強的工程應用價值,并對并聯機床的手輪功能開發也具有一定的指導意義。