机动手术操作支撑装置的自适应平衡控制系统和方法

摘要

本发明提供一种机动手术操作支撑装置的自适应平衡控制系统和方法，该系统包括位姿测量机构、四自由度并联机构和控制系统，其中：位姿测量机构安装于机动手术操作支撑装置所搭载的平台上并用于测量该平台的位姿信号；四自由度并联机构包括上平台、下平台和连接于前述两平台之间的四个主动支链和一个从动支链，控制机构基于机动手术操作支撑装置的理想位姿信号和测得的平台位姿信号的偏差获取主动支链的位置信号，并与实际测量的主动支链位置信号比较，基于该比较结果控制主动支链运动。本发明可实现实时全方位的稳定，克服舰船体横摇、纵摇和垂荡的影响而保持机动手术操作支撑装置的平稳；而且采用反馈调节智能控制，稳定性好，执行效率高。

主权项

一种机动手术操作支撑装置的自适应平衡控制系统，其特征在于，包括位姿测量机构、四自由度并联机构和控制系统，其中：位姿测量机构安装于机动手术操作支撑装置所搭载的平台上并用于测量该平台的位姿信号，该位姿信号包括横摇角度、纵摇角度和垂荡距离；四自由度并联机构包括上平台、下平台和连接于前述两平台之间的四个主动支链和一个从动支链，下平台固定在机动手术操作支撑装置所搭载的平台上，机动手术操作支撑装置固定在上平台上，每个主动支链可驱动上平台，从动支链的一端固定于下平台且另一端通过球链与上平台连接；控制系统基于机动手术操作支撑装置的理想位姿信号和位姿测量机构测得的平台位姿信号的偏差获取四自由度并联机构的四个主动支链的位置信号，并与实际测量的四个主动支链的位置信号比较，基于该比较结果控制主动支链运动；前述机动手术操作支撑装置为一机动手术台；前述控制系统包括一并联机构位置逆解装置用于根据给定的机动手术台的理想位姿信号和位姿测量机构测得的平台位姿信号的偏差计算四自由度并联机构的四个主动支链的位置信号；前述控制系统包括多个智能控制器，分别用于控制一路主动支链的运动驱动信号；前述智能控制器基于计算获得的四自由度并联机构的四个主动支链的位置信号和测量获得的四自由度并联机构的四个主动支链的位置信号，发出控制信号，通过每个主动支链的电动执行装置驱动四个主动支链运动；前述电动执行装置包括伺服电机、伺服电机驱动器和电动缸，伺服电机驱动器包括电流环调节器、速度环调节器及其逆变器，伺服电机的转动输出经由电动缸从而驱动主动支链运动，其中伺服电机采用三环负反馈控制，即：伺服电机的电流和电机转子位置反馈信号，通过电流环调节器进行调节控制；伺服电机的速度反馈信号，通过速度环调节器进行调节控制；电动缸内活塞杆位置形成的位置反馈信号，通过位置环调节器实现位置调节控制；前述每个主动支链的一端由虎克铰与下平台连接，四个虎克铰点构成一个内接于半径为R0的圆的矩形，每个主动支链的另一端由球铰与上平台连接，四个球铰点构成一个内接于半径为R1的圆的矩形，其中R1与R0不相等。