[發明專利]一種三自由度氣動機械手關節控制系統

在審

• 申請號: 201611030846.5
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108081262A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 周曉萍
• 申請（專利權）人: 周曉萍
• 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

一種三自由度氣動機械手關節控制系統，通過路徑規劃、運動學反解及關節控制器，完成了3個運動關節的實時控制。通過上、下位機的方式實現了實時控制，并具有靈活的擴展性。該控制系統具有良好的抗參數擾動的魯棒性，在軌跡跟蹤方面的實驗取得了滿意的效果，為進一步的工業化應用奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及一種三自由度氣動機械手關節控制系統，適用于機械領域。

背景技術

近年來，國內外學者應用控制理論的研究成果，如自適應控制、模糊與神經網絡控制、變結構控制、魯棒控制等，對氣動位置伺服系統進行了大量研究并取得了一定進展。但由于氣體的壓縮性較大以及氣缸摩擦力等不確定因素的影響，對氣動位置系統進行高精度控制一直是個難題。Bobrow等建立了氣動系統模型，使用擴展的自適應控制方法對三自由度氣動關節機械手進行了力/位置混合控制。楊慶俊等提出了氣動系統反饋線性化并實現了較高精度的位置控制。

發明內容

本發明提出了一種三自由度氣動機械手關節控制系統，通過路徑規劃、運動學反解及關節控制器，完成了3個運動關節的實時控制。通過上、下位機的方式實現了實時控制，并具有靈活的擴展性。

本發明所采用的技術方案是：

所述機械手控制算法由軌跡插補模塊對途徑點分段，采用過四點的3次多項式插值運算，將計算結果輸入運動學反解模塊，計算出關節坐標下各關節的對應的角度，將各運動關節軌跡送入到關節控制器模塊中進行關節運動控制，由編碼器的測量值實時計算機械手末端的位置。

所述控制系統的控制程序是通過上位機的LabVIEW RT開發系統完成的，包括上位機的人機界面和下位機的實時控制程序。

所述上、下位機工作方式，通過TCP/IP網絡實現通訊，上位機將實時控制程序下載到下位機RT引擎中進行運行和調試。在控制軟件的開發中，上位機主要運行的是人機交互界面，接受操作人員的命令輸入及顯示數據等；下位機主要運行實時控制程序，接受上位機的命令信號，進行相應的數據采集及實時控制。它們之間的通信是靠網絡共享變量機制來實現的。

所述氣動機械手各關節采用流量比例控制，使用PCI-6229卡(多功能數據采集卡)輸出控制信號；同時使用PCI-6602(8通道正交編碼器計數器卡)檢測編碼器的角度信號和零位信號。

本發明的有益效果是：該控制系統具有良好的抗參數擾動的魯棒性，在軌跡跟蹤方面的實驗取得了滿意的效果，為進一步的工業化應用奠定了基礎。

附圖說明

圖1是本發明的氣動機械手結構原理圖。

圖2是本發明的機械手控制算法流程圖。

圖3是本發明的極點配置自校正控制器結構圖。

圖4是本發明的機械手控制系統硬件流程圖。

圖中：1. 小臂關節；2. 大臂關節；3. 腰部關節。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，三自由度氣動機械手屬于關節串聯式機器人，它的運動類似人的肢體，由腰、大臂、小臂3個關節組成。它的3個自由度分別為：腰部有1個自由度，作回轉運動；大臂和小臂各有1個自由度，作俯仰運動。它的特點是工作范圍大，動作靈活，通用性強，能抓取靠近機座的物體，并能繞過障礙物去抓取物體。