[發明專利]一種SMA驅動微小型裝配機器人設計方法

在審

• 申請號: 201510793066.5
• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN106695782A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 常琳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大天才智能科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種機器人設計方法，具體涉及一種SMA驅動微小型裝配機器人設計方法，屬于智能電子產品技術領域。

背景技術

在機器人控制中，實現機器人末端執行器在其工作空間中跟蹤一條任意的軌跡是一類很重要的問題，而在軌跡跟蹤運動中，通常要求機器人具有較高的速度和較好的精度，在這種情況下，一些傳統的控制方法就很難得到理想的結果，因為機器人系統是一個高度非線性系統，且各關節間存在著復雜的非線性的相互作用，因而這些相互作用隨著機器人位姿的不同而有很大的變化，為實現機器人的在線跟蹤控制，并使控制效果盡可能的好，人們希望找到一種控制策略，使得在線控制時，不需要大量的計算來提供非線性補償或進行非線性解藕;而對機器人系統模型中的一些不確定參數具有一定的不敏感性，因此，為了驗證機器人動力學模型的正確性，結合上述機器人運動控制的特點可知，變結構控制是具有解決此類問題的控制策略之一。

發明內容

（一）要解決的技術問題

為解決上述問題，本發明提出了一種SMA驅動微小型裝配機器人設計方法，采用新型的SMA驅動器實現機器人關節精確運動控制的新方法，通過仿真結果驗證其可行性和有效性。

（二）技術方案

本發明的SMA驅動微小型裝配機器人設計方法，包括以下步驟：

第一步：以SMA驅動微小型裝配機器人為研究對象，在機器人結構設計的基礎上，建立機器人的笛卡爾坐標系，利用齊次變換理論和D-H矩陣參數表建立機器人運動學模型；利用Lagrange建模方法建立機器人的動力學模型；采用三次多項式插值的方法進行關節軌跡規劃，為機器人的運動控制奠定基礎；針對機器人關節間的禍合問題，設計了具有解藕功能的變結構控制器；

第二步：針對其典型的轉動關節和移動關節，分別給出SMA驅動器的數學模型；根據SMA驅動機器人的結構特點，利用S函數建立SMA驅動器和機器人關節的統一數學模型；由于SMA具有較大的非線性遲滯行為，將模糊控制原理引入機器人控制器的設計當中，并結合PID控制方法實現機器人關節的精確位置控制；

第三步：通過Simulink建立SMA驅動機器人關節的數學模型并進行控制器的設計，對機器人的裝配過程中的關節運動進行軌跡跟蹤仿真；分析模糊PID控制器中各參數的變化對控制系統性能的影響，為機器人的精確運動控制和類似系統的調試提供理論參考。

（三）有益效果

與現有技術相比，本發明的SMA驅動微小型裝配機器人設計方法，采用新型的SMA驅動器實現機器人關節精確運動控制的新方法，通過仿真結果驗證其可行性和有效性。

具體實施方式

一種SMA驅動微小型裝配機器人設計方法，包括以下步驟：

第一步：以SMA驅動微小型裝配機器人為研究對象，在機器人結構設計的基礎上，建立機器人的笛卡爾坐標系，利用齊次變換理論和D-H矩陣參數表建立機器人運動學模型；利用Lagrange建模方法建立機器人的動力學模型；采用三次多項式插值的方法進行關節軌跡規劃，為機器人的運動控制奠定基礎；針對機器人關節間的禍合問題，設計了具有解藕功能的變結構控制器；

第二步：針對其典型的轉動關節和移動關節，分別給出SMA驅動器的數學模型；根據SMA驅動機器人的結構特點，利用S函數建立SMA驅動器和機器人關節的統一數學模型；由于SMA具有較大的非線性遲滯行為，將模糊控制原理引入機器人控制器的設計當中，并結合PID控制方法實現機器人關節的精確位置控制；

第三步：通過Simulink建立SMA驅動機器人關節的數學模型并進行控制器的設計，對機器人的裝配過程中的關節運動進行軌跡跟蹤仿真；分析模糊PID控制器中各參數的變化對控制系統性能的影響，為機器人的精確運動控制和類似系統的調試提供理論參考。

上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的構思和范圍進行限定。在不脫離本發明設計構思的前提下，本領域普通人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發明的保護范圍，本發明請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。