一種視覺設備作為傳感器的并聯平臺跟蹤控制裝置與方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及平面并聯平臺位置測量與跟蹤控制，尤其涉及一種視覺設備作為傳感 器的并聯平臺跟蹤控制裝置與方法。
【背景技術】
[0002] 精密定位平臺是精密操作，精密制造，精密測量領域中的重要組成部分。傳統的精 密定位平臺通常是由壓電陶瓷驅動的柔順機構構成，其特點是高精度，響應時間快；但其固 有的行程短的缺點限制了其使用的范圍。當今技術發展導致跨尺度的使用場合越來越多， 大行程、高精度成為了精密定位平臺的瓶頸，為了實現大行程的目標，宏微結合的方法被提 出。宏微結合的方法是把微動平臺放到宏動平臺上，采用大行程的宏動平臺進行粗定位，然 后再用微動的精密定位平臺進行精定位。為了實現這樣的目標，宏動平臺的定位精度必須 在微動平臺的工作空間內，這就為宏動平臺的定位精度提出了很高的要求。由于缺乏合適 的傳感器，傳統的并聯平臺都是半閉環的定位平臺，也就是只有關節閉環的平臺。由于實際 應用當中，加工誤差、裝配誤差、關節間隙、摩擦、彈性變形等各種不確定性因素廣泛存在， 盡管并聯平臺的關節能精確定位，但傳遞到平臺末端后，會引入各種前述的誤差，因此，必 須保證末端的定位精度，而不單純是關節的定位精度。
[0003]目前還沒有一種可以測量平面3自由度（兩個平動，一個轉動）的傳感器可用于 平面并聯平臺的末端反饋。為了精確測量平面3自由度的誤差，可通過三個單自由度傳感 器，例如激光位移傳感器，通過一定的排布測量后計算平臺的位置與姿態角誤差，但這無疑 增加了整個機構的體積，使得機構不能應用于例如掃描電鏡腔體等有尺寸限制的場合。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于為了克服平面并聯機構沒有合適的平面3自由度測量傳感器 存在的問題和不足，提供一種視覺設備作為傳感器的并聯平臺跟蹤控制裝置與方法。本發 明采用CCD相機視覺測量系統并結合位置跟蹤反饋控制裝置作為傳感器，不僅能通過圖像 處理測量的方法解決平面3自由度的測量問題，還能實現末端位置與姿態角的實時反饋， 實現并聯平臺的全閉環控制，對提高平面并聯定位平臺的末端精度有顯著的作用。并且CCD 相機視覺測量設備只需要CCD相機、鏡頭、光源等設備，結構簡單，體積小，適合集成于空間 尺寸狹小的場合。本發明能使動平臺在毫米級行程下達到亞微米級別定位精度。
[0005] 本發明通過下述技術方案實現：
[0006] -種視覺設備作為傳感器的并聯平臺跟蹤控制裝置，包括并聯平臺機構、CCD相機 視覺測量系統、位置跟蹤反饋控制裝置；
[0007] 所述并聯平臺機構包括：靜平臺4、設置在靜平臺4上方的動平臺3、三臺超聲直線 電機1、超聲直線電機的驅動器；動平臺3具有三個轉軸，分別呈等邊三角形分布在動平臺 3的外邊緣；三臺超聲直線電機1分別呈等邊三角形分布并安裝在靜平臺4的邊沿處；各超 聲直線電機1上安裝的轉動軸10的軸端分別通過一根從動桿2連接動平臺3的其中一個 轉軸；各超聲直線電機1上分別設有直線光柵編碼器5;
[0008] -臺超聲直線電機1、一根從動桿2和動平臺3的一個轉軸，組成一個并聯分支；
[0009] 三臺超聲直線電機1聯合驅動從動桿2,使動平臺3移動定位到目標位置；
[0010] 超聲直線電機1運動過程中帶動直線光柵編碼器5運動，用于檢測電機1實際位 置；
[0011] 動平臺3上安裝有兩個直線分布的聚焦藍光激光的第一點光源標志物8-1、第二 點光源標志物8-2,作為視覺檢測特征物；
[0012] 所述CCD相機視覺測量系統包括：置于動平臺3上方的CCD相機11、安裝在CCD相 機11端部的鏡頭6、設置在鏡頭6 -側的相機光源9、USB接口、計算機；所述C⑶相機11 通過USB接口連接計算機；
[0013] 鏡頭6垂直并正對動平臺3,使鏡頭6的中心點與動平臺3的原點重合；
[0014] 所述位置跟蹤反饋控制裝置包括：具有增量式編碼器接口模塊和D/AC接口的 Dspace半物理仿真控制器，所述D/AC接口連接超聲直線電機的驅動器，各直線光柵編碼器 5與增量式編碼器接口模塊連接，增量式編碼器接口模塊連接計算機，計算機連接D/AC接 □〇
[0015] 所述CCD相機11還具有一個支撐機構，該支撐機構包括帶活動關節的支架7和用 于固定支架7的磁性底座12,所述CCD相機11固定在支架7的端部。
[0016] 上述視覺設備作為傳感器的并聯平臺跟蹤控制裝置的控制方法如下：
[0017] (-）CCD相機視覺測量步驟
[0018]C⑶相機11拍照獲取動平臺3圖像信號，并通過USB接口傳輸給計算機；
[0019] 計算機獲取圖像信號后經過圖像處理，提取動平臺3上第一點光源標志物8-1及 第二點光源標志物8-2的特征，計算得到坐標；
[0020] 通過第一點光源標志物8-1及第二點光源標志物8-2坐標計算動平臺3運動的平 移量AX，Ay與轉動角度A0;
[0021] 動平臺3的兩個平動位移值AX，Ay和一個轉動角度值A0通過以下公式計算 出：
[0022] 設第一點光源標志物8-1運動前的坐標為（XpyD，運動后的坐標為（x/，y/ )， 第二點光源標志物8-2運動前的坐標為（x2,y2)，運動后的坐標為（x' 2,y'J，設運動前第 一點光源標志物8-1與第二點光源標志物8-2組成矢量S= ((x2_Xl)，（y2_yi))，運動后變 為矢量S' =((V_Xl' )，（y2' -y/ ));
[0023] 動平臺3平移量
【主權項】
1. 一種視覺設備作為傳感器的并聯平臺跟蹤控制裝置，其特征在于，包括并聯平臺機 構、CCD相機視覺測量系統、位置跟蹤反饋控制裝置； 所述并聯平臺機構包括：靜平臺（4)、設置在靜平臺（4)上方的動平臺（3)、三臺超聲直 線電機（1)、超聲直線電機的驅動器；動平臺（3)具有三個轉軸，分別呈等邊三角形分布在 動平臺（3)的外邊緣；三臺超聲直線電機（1)分別呈等邊三角形分布并安裝在靜平臺（4) 的邊沿處；各超聲直線電機⑴上安裝的轉動軸（10)的軸端分別通過一根從動桿⑵連接 動平臺（3)的其中一個轉軸；各超聲直線電機（1)上分別設有直線光柵編碼器（5); 一臺超聲直線電機（1)、一根從動桿（2)和動平臺（3)的一個轉軸，組成一個并聯分 支； 三臺超聲直線電機（1)聯合驅動從動桿（2)，使動平臺（3)移動定位到目標位置； 超聲直線電機（1)運動過程中帶動直線光柵編碼器（5)運動，用于檢測電機（1)實際 位置； 動平臺（3)上安裝有兩個直線分布的聚焦藍光激光的第一點光源標志物（8-1)、第二 點光源標志物（8-2)，作為視覺檢測特征物； 所述CCD相機視覺測量系統包括：置于動平臺（3)上方的CCD相機（11)、安裝在CCD相 機（11)端部的鏡頭（6)、設置在鏡頭（6) -側的相機光源（9)、USB接口、計算機；所述CCD 相機（11)通過USB接口連接計算機； 鏡頭（6)垂直并正對動平臺（3)，使鏡頭（6)的中心點與動平臺（3)的原點重合； 所述位置跟蹤反饋控制裝置包括：具有增量式編碼器接口模塊和D/AC接口的Dspace 半物理仿真控制器，所述D/AC接口連接超聲直線電機的驅動器，各直線光柵編碼器（5)與 增量式編碼器接口模塊連接，增量式編碼器接口模塊連接計算機，計算機連接D/AC接口。
2. 根據權利要求1所述視覺設備作為傳感器的并聯平臺跟蹤控制裝置，其特征在于： 所述CCD相機（11)還具有一個支撐機構，該支撐機構包括帶活動關節的支架（7)和用于固 定支架（7)的磁性底座（12)，所述CCD相機（11)固定在支架（7)的端部。
3. 權利要求1或