一种视觉设备作为传感器的并联平台跟踪控制装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及平面并联平台位置测量与跟踪控制，尤其涉及一种视觉设备作为传感 器的并联平台跟踪控制装置与方法。
【背景技术】
[0002] 精密定位平台是精密操作，精密制造，精密测量领域中的重要组成部分。传统的精 密定位平台通常是由压电陶瓷驱动的柔顺机构构成，其特点是高精度，响应时间快；但其固 有的行程短的缺点限制了其使用的范围。当今技术发展导致跨尺度的使用场合越来越多， 大行程、高精度成为了精密定位平台的瓶颈，为了实现大行程的目标，宏微结合的方法被提 出。宏微结合的方法是把微动平台放到宏动平台上，采用大行程的宏动平台进行粗定位，然 后再用微动的精密定位平台进行精定位。为了实现这样的目标，宏动平台的定位精度必须 在微动平台的工作空间内，这就为宏动平台的定位精度提出了很高的要求。由于缺乏合适 的传感器，传统的并联平台都是半闭环的定位平台，也就是只有关节闭环的平台。由于实际 应用当中，加工误差、装配误差、关节间隙、摩擦、弹性变形等各种不确定性因素广泛存在， 尽管并联平台的关节能精确定位，但传递到平台末端后，会引入各种前述的误差，因此，必 须保证末端的定位精度，而不单纯是关节的定位精度。
[0003]目前还没有一种可以测量平面3自由度（两个平动，一个转动）的传感器可用于 平面并联平台的末端反馈。为了精确测量平面3自由度的误差，可通过三个单自由度传感 器，例如激光位移传感器，通过一定的排布测量后计算平台的位置与姿态角误差，但这无疑 增加了整个机构的体积，使得机构不能应用于例如扫描电镜腔体等有尺寸限制的场合。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于为了克服平面并联机构没有合适的平面3自由度测量传感器 存在的问题和不足，提供一种视觉设备作为传感器的并联平台跟踪控制装置与方法。本发 明采用CCD相机视觉测量系统并结合位置跟踪反馈控制装置作为传感器，不仅能通过图像 处理测量的方法解决平面3自由度的测量问题，还能实现末端位置与姿态角的实时反馈， 实现并联平台的全闭环控制，对提高平面并联定位平台的末端精度有显著的作用。并且CCD 相机视觉测量设备只需要CCD相机、镜头、光源等设备，结构简单，体积小，适合集成于空间 尺寸狭小的场合。本发明能使动平台在毫米级行程下达到亚微米级别定位精度。
[0005] 本发明通过下述技术方案实现：
[0006] -种视觉设备作为传感器的并联平台跟踪控制装置，包括并联平台机构、CCD相机 视觉测量系统、位置跟踪反馈控制装置；
[0007] 所述并联平台机构包括：静平台4、设置在静平台4上方的动平台3、三台超声直线 电机1、超声直线电机的驱动器；动平台3具有三个转轴，分别呈等边三角形分布在动平台 3的外边缘；三台超声直线电机1分别呈等边三角形分布并安装在静平台4的边沿处；各超 声直线电机1上安装的转动轴10的轴端分别通过一根从动杆2连接动平台3的其中一个 转轴；各超声直线电机1上分别设有直线光栅编码器5;
[0008] -台超声直线电机1、一根从动杆2和动平台3的一个转轴，组成一个并联分支；
[0009] 三台超声直线电机1联合驱动从动杆2,使动平台3移动定位到目标位置；
[0010] 超声直线电机1运动过程中带动直线光栅编码器5运动，用于检测电机1实际位 置；
[0011] 动平台3上安装有两个直线分布的聚焦蓝光激光的第一点光源标志物8-1、第二 点光源标志物8-2,作为视觉检测特征物；
[0012] 所述CCD相机视觉测量系统包括：置于动平台3上方的CCD相机11、安装在CCD相 机11端部的镜头6、设置在镜头6 -侧的相机光源9、USB接口、计算机；所述C⑶相机11 通过USB接口连接计算机；
[0013] 镜头6垂直并正对动平台3,使镜头6的中心点与动平台3的原点重合；
[0014] 所述位置跟踪反馈控制装置包括：具有增量式编码器接口模块和D/AC接口的 Dspace半物理仿真控制器，所述D/AC接口连接超声直线电机的驱动器，各直线光栅编码器 5与增量式编码器接口模块连接，增量式编码器接口模块连接计算机，计算机连接D/AC接 □〇
[0015] 所述CCD相机11还具有一个支撑机构，该支撑机构包括带活动关节的支架7和用 于固定支架7的磁性底座12,所述CCD相机11固定在支架7的端部。
[0016] 上述视觉设备作为传感器的并联平台跟踪控制装置的控制方法如下：
[0017] (-）CCD相机视觉测量步骤
[0018]C⑶相机11拍照获取动平台3图像信号，并通过USB接口传输给计算机；
[0019] 计算机获取图像信号后经过图像处理，提取动平台3上第一点光源标志物8-1及 第二点光源标志物8-2的特征，计算得到坐标；
[0020] 通过第一点光源标志物8-1及第二点光源标志物8-2坐标计算动平台3运动的平 移量AX，Ay与转动角度A0;
[0021] 动平台3的两个平动位移值AX，Ay和一个转动角度值A0通过以下公式计算 出：
[0022] 设第一点光源标志物8-1运动前的坐标为（XpyD，运动后的坐标为（x/，y/ )， 第二点光源标志物8-2运动前的坐标为（x2,y2)，运动后的坐标为（x' 2,y'J，设运动前第 一点光源标志物8-1与第二点光源标志物8-2组成矢量S= ((x2_Xl)，（y2_yi))，运动后变 为矢量S' =((V_Xl' )，（y2' -y/ ));
[0023] 动平台3平移量
【主权项】
1. 一种视觉设备作为传感器的并联平台跟踪控制装置，其特征在于，包括并联平台机 构、CCD相机视觉测量系统、位置跟踪反馈控制装置； 所述并联平台机构包括：静平台（4)、设置在静平台（4)上方的动平台（3)、三台超声直 线电机（1)、超声直线电机的驱动器；动平台（3)具有三个转轴，分别呈等边三角形分布在 动平台（3)的外边缘；三台超声直线电机（1)分别呈等边三角形分布并安装在静平台（4) 的边沿处；各超声直线电机⑴上安装的转动轴（10)的轴端分别通过一根从动杆⑵连接 动平台（3)的其中一个转轴；各超声直线电机（1)上分别设有直线光栅编码器（5); 一台超声直线电机（1)、一根从动杆（2)和动平台（3)的一个转轴，组成一个并联分 支； 三台超声直线电机（1)联合驱动从动杆（2)，使动平台（3)移动定位到目标位置； 超声直线电机（1)运动过程中带动直线光栅编码器（5)运动，用于检测电机（1)实际 位置； 动平台（3)上安装有两个直线分布的聚焦蓝光激光的第一点光源标志物（8-1)、第二 点光源标志物（8-2)，作为视觉检测特征物； 所述CCD相机视觉测量系统包括：置于动平台（3)上方的CCD相机（11)、安装在CCD相 机（11)端部的镜头（6)、设置在镜头（6) -侧的相机光源（9)、USB接口、计算机；所述CCD 相机（11)通过USB接口连接计算机； 镜头（6)垂直并正对动平台（3)，使镜头（6)的中心点与动平台（3)的原点重合； 所述位置跟踪反馈控制装置包括：具有增量式编码器接口模块和D/AC接口的Dspace 半物理仿真控制器，所述D/AC接口连接超声直线电机的驱动器，各直线光栅编码器（5)与 增量式编码器接口模块连接，增量式编码器接口模块连接计算机，计算机连接D/AC接口。
2. 根据权利要求1所述视觉设备作为传感器的并联平台跟踪控制装置，其特征在于： 所述CCD相机（11)还具有一个支撑机构，该支撑机构包括带活动关节的支架（7)和用于固 定支架（7)的磁性底座（12)，所述CCD相机（11)固定在支架（7)的端部。
3. 权利要求1或