[發(fā)明專利]機(jī)械臂控制系統(tǒng)及控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210007195.3
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102554930A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉東;陳彥杰;張利;蔣啟龍;胡基士;汪平;毛聞雯
• 申請（專利權(quán)）人: 成都市新筑路橋機(jī)械股份有限公司;西南交通大學(xué)
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械臂領(lǐng)域，尤其涉及一種通過各關(guān)節(jié)動作角度實時反饋補償，實現(xiàn)機(jī)械臂動作時無重力干擾的重力解耦技術(shù)。

背景技術(shù)

目前，多關(guān)節(jié)機(jī)械臂普遍采用控制器參數(shù)整定的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過信號發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的動作信號，控制器對動作信號整定，整定后的信號輸入各臂關(guān)節(jié)驅(qū)動器，關(guān)節(jié)驅(qū)動器工作產(chǎn)生扭矩帶動各臂動作。該系統(tǒng)通過控制器的參數(shù)整定，減小了動作信號帶來的超調(diào)及機(jī)械臂穩(wěn)定后的靜態(tài)誤差，實現(xiàn)了機(jī)械臂穩(wěn)定有效的動作。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械臂動作的超調(diào)誤差應(yīng)不大于3%。隨著技術(shù)的發(fā)展，用戶對設(shè)備的操作性能要求越來越高。動作超調(diào)和動作時間是識別機(jī)械臂控制性能的重要指標(biāo)。現(xiàn)在機(jī)械臂動作采取閉環(huán)控制，超調(diào)量基本能控制在1%以內(nèi)。

傳統(tǒng)控制器進(jìn)行機(jī)械臂動作的參數(shù)整定時，一個幅值動作信號就需要一組控制器整定參數(shù)。而當(dāng)機(jī)械臂執(zhí)行某項任務(wù)時，任務(wù)必然是由多個動作組成，若要動作有效穩(wěn)定，也就意味著需要無數(shù)組控制器參數(shù)。這無疑增加了控制器的控制難度和工作人員的工作強度。同時由于工作環(huán)境因素，機(jī)械臂工作始終受到重力因素的影響，使機(jī)械臂控制成為非線性控制，機(jī)械臂在不同的位置，各關(guān)節(jié)受到的重力力矩也不同。這使控制難度增加不少，容易造成控制超調(diào)和偏差等不穩(wěn)定情況。因此對于機(jī)械臂的連續(xù)穩(wěn)定有效動作存在著一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)及控制方法，能克服機(jī)械臂動作時重力因素的影響，降低機(jī)械臂的控制難度，不僅能在機(jī)械臂動作時完全抵消重力對各臂產(chǎn)生的力矩，而且其原理簡單，容易實現(xiàn)，具有很強的應(yīng)用性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)，包括：控制器、限幅模塊、關(guān)節(jié)驅(qū)動器和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述控制器與所述限幅模塊相連，所述限幅模塊與所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器相連，所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器與所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與機(jī)械臂相連，在所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上設(shè)置有角度傳感器，所述角度傳感器與重力解耦模塊相連，所述重力解耦模塊與所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器相連。

本發(fā)明還提供了一種機(jī)械臂控制方法，包括如下步驟：

第一步、各關(guān)節(jié)驅(qū)動器從控制器獲得整定后的動作控制信號，并將動作控制信號轉(zhuǎn)化為扭矩信號，輸入到各關(guān)節(jié)驅(qū)動器對應(yīng)的各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)做出相應(yīng)的動作；同時，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的角度傳感器實時檢測各個機(jī)械臂與其旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)點右水平面逆時針的夾角，并輸入給各臂對應(yīng)的重力解耦模塊中。

第二步、重力解耦模塊根據(jù)力矩平衡原理，將這些夾角進(jìn)行線性組合，得到各個關(guān)節(jié)需要補償重力的扭矩值：

其中：L_1~n為機(jī)械臂各臂臂長，G_1~n為機(jī)械臂各臂所受到的重力，_1~n為各個機(jī)械臂與其旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)點右水平面逆時針的夾角；

第三步、把需要補償?shù)母髦亓εぞ匮a償?shù)较鄳?yīng)的各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：能實現(xiàn)各關(guān)節(jié)動作時，其關(guān)節(jié)的重力因素影響完全得到補償?shù)男Ч．?dāng)機(jī)械臂動作時，可以克服重力對機(jī)械臂動作的影響，簡化了機(jī)械臂的控制，實現(xiàn)了一組控制器參數(shù)可以整定動作幅值絕對值相同的機(jī)械臂動作，增加了控制器的適用性，減少了工作人員的工作強度。同時，本發(fā)明方法簡單，實現(xiàn)容易，控制效果優(yōu)異，進(jìn)一步提高了機(jī)械臂系統(tǒng)的控制性能。??

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是本發(fā)明的流程原理圖。

具體實施方式