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申请/专利权人：中国科学院空天信息创新研究院

摘要：本发明提出一种六自由度的并联运动模拟器急停工况缓冲控制方法，实现了更加稳定可靠的急停控制，可确保各关节电机输出扭矩合适，有效改善急停工况下惯性力产生的冲击，并通过力分配算法保证模拟器各支链受力均匀，减少惯性冲击对模拟器机械结构造成损伤，提升了模拟器的安全性。

主权项：1.一种六自由度的并联运动模拟器急停工况缓冲控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步，针对给定急停工况下运动模拟器期望的缓冲特性，即针对并联运动模拟器动平台设置6对虚拟的弹簧阻尼和，和，和，和，和，和；通过这6对虚拟的弹簧阻尼器件维持急停过程中动平台位置和姿态的稳定；第二步，建立虚拟模型得到动平台的位置刚度矩阵、姿态刚度矩阵、位置阻尼矩阵和姿态阻尼矩阵； ； ； ； ；第三步，用位置刚度矩阵、姿态刚度矩阵、位置阻尼矩阵和姿态阻尼矩阵，计算急停工况下作用于动平台上的虚拟合力与合力矩； ； ；式中，和分别表示动平台的直线位移和角位移，和分别表示动平台的线速度和角速度；为动平台质量；g为重力加速度；第四步，建立单个支链的动力学模型，得到支链与动平台间的作用力、合力矩与第三根连杆末端球铰的作用力之间的关系；第五步，建立所有支链的动力学模型；用、和分别表示第四步中的、与，其中i表示第i个支链，、表示第i个支链与动平台之间的作用力和作用力矩，以下简称平台力和平台力矩；表示第i个支链与基座之间的作用力，以下称为基座反力； ； ；式中，和均为仅包含连杆运动参数与关节运动参数的三维向量，在某一时刻运动模拟器的运动状态与关节驱动状态确定时，其值随之确定，不受基座反力和平台力的影响；式中的为第i个支链与动平台之间的铰链点在动平台坐标系下的向量，矩阵表示由向量张成的反对称矩阵；任意时刻，平台力等于基座反力加上一个仅与运动状态有关的向量；平台力矩等于基座反力在支链与动平台连接处产生的力矩再加一个仅与运动状态有关的向量；第六步，将第三步得到的动平台上所受到的虚拟合力与合力矩，进一步利用每个支链上平台力与力矩以及惯性力来进行表达，具体如下： ； ；式中，为动平台的重力，Fi和分别表示第i个支链对动平台的作用力和作用力矩；式中的为平台坐标系原点指向腿部{0}坐标系原点的向量，为张成的反对称矩阵；第七步，将第五步得到的基座反力与平台力之间的关系方程代入到第六步得到的方程中，得到虚拟合外力与基座反力之间的约束方程，如下： ； ；改写为矩阵形式并简记为： ；式中，为虚拟合外力，为六维矢量；与为六个基座反力构成的矢量，为18维矢量；系数矩阵是6×18维；第八步，以急停工况下运动模拟器各支链基座反力均匀分布并且横向作用力尽可能小作为优化目标，构造优化函数对第七步生成的矩阵方程进行求解，具体如下： ； ； ；式中，为18维单位矩阵，为正定矩阵；故，该优化求解为严格凸二次规划问题，局部解即为全局最优解；分别表示基座反力的最小值和最大值；至此，当给定动平台上期望的虚拟合力与合力矩，即实现对基座反力的最优化求解；第九步，将基座反力代入到第四步得到的单个支链动力学模型的方程中，求解出各个主动关节的驱动扭矩；第十步，将各关节驱动扭矩发送至控制器，即实现急停工况下六自由度并联运动模拟器的缓冲控制特性。

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