[發明專利]一種機械臂系統的跟蹤控制設備及方法

有效

• 申請號: 201310313647.5
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103406909A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 趙國亮;程俊廷;黃沙日娜;張亞平;趙偉玲;謝雪冬
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B25J13/00
• 代理公司: 深圳市智科友專利商標事務所 44241
• 代理人: 曲家彬

技術領域

本發明涉及機械臂自動控制領域，尤其涉及一種機械臂系統的跟蹤控制設備及方法。

背景技術

機械臂，是具有模仿人類手臂功能并可完成各種作業的自動控制設備。機械臂主體結構通常由機械主體、控制器、伺服電機和感應器組成。在實現控制機械臂操作狀態切換的各項控制器技術中，滑模控制技術以其魯棒性強、抗干擾能力強和設計簡單等優點成為控制器設計主流技術之一。在實際控制中，由于不合理的機械臂設計會導致機械臂的控制超出機械臂的負荷，例如，導致機械臂的連桿觸發限位急停，或者產生不可預料的動作，而現有的終端滑模控制技術卻不能很好的解決機械臂控制奇異性的問題。

采用終端滑模面的滑模控制方案的優點在于機械臂可以在有擾動的情況下快速跟蹤給定目標，然而，對于活動幅度和自由度較大的機械臂，由于存在大量的伺服電機，電機的動作會有一定的時間滯后，由此產生的回滯現象會不可避免的影響系統的控制精度。現有的機械臂系統的控制方案沒有考慮回滯現象對機械臂終端的影響，會導致較差的控制精度，產生較大的控制誤差。此外，為了獲取所有的狀態變量，需要較多的傳感器件，這對于降低系統的成本來說是一大障礙。為了節省成本，要求利用盡可能少的傳感器設計精度較高的機械臂控制器，這種情況下就需要使用終端滑模觀測模塊技術，比如使用高增益終端滑模觀測模塊、終端滑模觀測模塊，然而，上述各終端滑模觀測模塊都忽略了回滯現象對機械臂控制性能的影響，不能很好的估計機械臂系統的狀態。

發明內容

本發明的第一目的在于克服現有技術中的機械臂采用的終端滑模控制技術不能很好的解決機械臂控制奇異性的問題，以及在控制過程中未考慮回滯現象產生較大的控制誤差的缺點，提供了一種機械臂系統的跟蹤控制設備。

本發明的第二目的在于克服現有技術中的機械臂采用的終端滑模控制技術不能很好的解決機械臂控制奇異性的問題，以及在控制過程中未考慮回滯現象產生較大的控制誤差的缺點，提供了一種機械臂系統的跟蹤控制方法。

本發明實現第一發明目的采用的技術方案是：一種機械臂系統的跟蹤控制設備，對機械臂系統進行跟蹤控制，所述的跟蹤控制設備包括：個人計算機、工控計算機、攝像頭、驅動器、編碼器、手臂關節和安裝在手臂關節最末端的磁性抓手，個人計算機與工控計算機信號連接，攝像頭將采集的圖像信號傳輸到工控計算機的中央處理器處理，編碼器將獲取的手臂關節的運動信號傳輸到工控計算機的中央處理器處理，工控計算機處理后的控制信號通過運動控制器傳輸到驅動器，驅動器驅動相應的手臂關節運動，所述的工控計算機還包括：與中央處理器連接的終端滑模觀測模塊、自適應調節模塊和終端滑模控制模塊，終端滑模觀測模塊用于獲取手臂關節的估計狀態變量，自適應調節模塊用于估計不確定的外部擾動，終端滑模控制模塊用于利用設計的非奇異終端滑模面求取控制輸出，終端滑模觀測模塊、自適應調節模塊、編碼器獲取的數據傳輸到終端滑模控制模塊，終端滑模控制模塊與運動控制器信號連接。

本發明實現第二發明目的采用的技術方案是：一種機械臂系統的跟蹤控制方法，通過上述的一種機械臂系統的跟蹤控制設備進行跟蹤控制，包括以下步驟：

A、計算機根據攝像頭采集的圖像信號生成機械臂規劃路徑，建立機械臂的連續狀態空間模型

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