[發明專利]一種五自由度混聯機器人控制器參數自適應調整實現方法

有效

• 申請號: 201710864282.3
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107511830B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 黃田;郭浩;劉祺;楊旭;肖聚亮;劉海濤;田文杰;梅江平
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗英

1.一種五自由度混聯機器人控制器參數自適應調整實現方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)構建節點坐標序列，具體步驟為：

根據含位置型三自由度并聯機構的五自由度混聯機器人的并聯機構動平臺參考點P的工作空間對稱性，選取參考點的工作空間的中點P₁及以參考點的工作空間的中平面為對稱面，在所述的中平面的兩側的參考點的工作空間范圍內對稱選取2p個點共同作為節點，給全部節點設定編號并且記錄每一個編號對應的節點在機器人坐標系下的坐標，構成節點坐標序列，所述的p為正整數；

(2)構建節點控制器參數序列，具體步驟為：

(a)令參考點P運動至參考點的工作空間的中點P₁處，依次整定并聯機構三個驅動關節電機的控制器參數，并將得到的控制器參數按節點編號記錄；

(b)令參考點P依次運動至中平面一側的各個節點處，依次整定并聯機構各個驅動關節電機的控制器參數，并將得到的參數按節點編號記錄；

(c)以驅動關節與靜平臺相連的鉸鏈位于參考點工作空間中平面內的驅動關節的電機為1號驅動關節電機，中平面左右兩側對稱分布的電機分別為2號驅動關節電機、3號驅動關節電機，依據參考點工作空間的面對稱性以及所述并聯機構在工作空間內的位形變化關于中平面對稱的特點，2號驅動關節電機、3號驅動關節電機的控制器參數也具有對稱性，在得到中平面一側各個節點處的整定結果后，動平臺參考點位于另一側任意節點處時2號驅動關節電機的控制器參數取與此節點對稱的節點處的3號驅動關節電機的控制器參數，3號驅動關節電機的控制器參數取與此節點對稱的節點處的2號驅動關節電機的控制器參數，1號驅動關節電機的控制器參數不變，得到參考點位于中平面另外一側節點處時各個驅動關節電機的控制器參數；

(d)由所述的步驟(a)、(b)和(c)中得到的各個節點處的驅動關節電機控制器的參數形成節點控制器參數序列；

(e)將各個節點的坐標定義為全局變量并寫入節點坐標序列寄存器，將與各個節點對應的并聯機構的各個驅動關節的電機控制器參數定義為全局變量并寫入節點控制器參數序列寄存器；

(3)控制器參數在線估計與調整，具體步驟為：

(a)將動平臺參考點位于工作空間的中點時整定獲得的控制器參數作為初始值，寫入控制器參數寄存器中；

(b)根據用戶編寫的NC數控加工程序，按給定的進給速率粗插補生成一系列機器人末端位姿指令，機器人從一個位姿運動至下一位姿所需的粗插補周期時間相等；

(c)在每個粗插補周期中，機器人末端位姿經由位置逆解模塊計算得到驅動關節的位置指令和動平臺的參考點的坐標，然后將驅動關節的位置指令發送至控制算法模塊，將動平臺的參考點的當前坐標作為全局變量寫入參考點坐標寄存器；

(d)判斷粗插補次數累加器計數，若達到n次，則清零累加器并執行獨立于控制算法模塊的控制器參數估算模塊，調用參考點坐標寄存器中的數據、節點坐標序列寄存器中的數據和節點控制器參數序列寄存器中的數據，然后利用反距離權重法估算得到與動平臺的參考點的當前坐標對應的驅動關節的電機控制器參數，并更新控制器參數寄存器中的當前變量數值；

所述的反距離權重法為：動平臺的參考點位于工作空間中任意點時的驅動關節的電機控制器參數是該電機在所有節點位置處控制器參數的加權估計，權重與動平臺的參考點的當前位置與各節點間距離d的k次冪成反比，據此，在機器人坐標系下，第i個節點坐標為P_i(x_i,y_i,z_i)，參考點所處位置的坐標為P(x,y,z)，第j個驅動關節電機的控制器參數利用下式求得：

式中，K_i,j表示在第i個節點處，第j個驅動關節的控制參數子序列，2p+1表示選取節點的數目，所述的i＝1,2,...,2p+1；所述的j＝1,2,3；k＝2；d_i表示參考點P與第i個節點間的距離，由下式確定：

(e)控制算法模塊讀取控制器參數寄存器中更新后的各電機的控制器參數的當前數值，計算生成各驅動關節電機的控制信號，發送至伺服系統，進而控制電機運動；

(f)控制算法模塊運算完成一次后，粗插補次數累加器計數增加，進入下一粗插補周期，執行前述(c)、(d)、(e)三個步驟的運算。