[發明專利]一種機械臂控制精度協同優化方法

在審

• 申請號: 201711040862.7
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107717991A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 程遠超;楊帆;李科;楊濤;劉嘉宇
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 核工業專利中心11007
• 代理人: 閆兆梅

技術領域

本發明屬于機械及控制系統仿真技術領域，具體涉及一種機械臂控制精度協同優化方法。

背景技術

針對機械臂而言，其機械系統和控制系統是密切相關的，兩個系統的性能共同決定了機械臂的整體性能，最根本的體現就是在機械臂末端的重復定位精度上。機械系統從根本上限制了機械臂末端重復定位精度可以達到的最優程度，即決定了機械臂末端的不可控誤差。關節伺服控制系統直接決定了機械臂末端的跟隨誤差。

無論是對機械臂的機械結構還是對機械臂關節的控制參數，都需要在機械臂設計過程中對其進行優化設計。傳統的優化設計方法往往單獨考慮機械結構優化問題和控制參數調試優化問題。這就將機械臂的機械系統和控制系統割裂開來看待，采用傳統方法優化完成后的方案往往不是系統整體最優設計。

本發明提出的機械臂控制精度協同優化方法，選取機械臂工作過程中的主要承力部件(大臂桿)為結構優化對象，以提高機械臂的重復定位精度為目標，對其進行拓撲優化。基于機械臂的Simulink-ADAMS聯合仿真模型，對優化后的大臂桿關節控制參數進行協同優化，實現了機械臂控制系統與機械構型的協同優化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機械臂控制精度協同優化方法，用于解決機械臂關節中包含諧波減速器的傳動鏈建模技術問題。

本發明的技術方案是：

一種機械臂控制精度協同優化方法，其特征在于，包括：

步驟一：對機械臂進行構型分析及正運動學分析；

步驟二：對機械臂的逆運動學進行分析；

步驟三：機械臂末端軌跡規劃；

步驟四：機械臂關節空間軌跡規劃；

步驟五：機械臂桿拓撲優化；

步驟六：控制參數協同優化；

步驟七：對比驗證。

所述步驟一：對機械臂進行構型分析及正運動學分析，包括：根據實際六自由度輕型機械臂構型，建立該機械臂的機構簡圖，并利用標準D-H參數法建立機械臂的D-H坐標系。

所述步驟二：對機械臂的逆運動學進行分析，包括：

步驟2.1：

其中：₆⁰T-坐標系6到坐標系0的位姿變換矩陣；_i-1ⁱA-坐標系i到坐標系i-1的位姿變換矩陣；r_ij-姿態參數；p_i-位置參數。

令公式(1)

等式兩側(2，4)元素對應相等，求得：

公式(2)

式中

等式兩側(2，3)元素對應相等，求得：

θ₅＝±arccos[sin(θ₁)·r₁₃-cos(θ₁)·r₂₃]————————(3)

公式(3)等式兩側(2，1)(2，2)元素對應相等，求得：

步驟二2.2：

令公式(5)

等式兩側(1，4)(3，4)元素對應相等，求得：

其中：

E₄＝d₅·s₆·c₁·r₁₁+d₅·s₆·s₁·r₂₁+d₅·c₆·c₁·r₁₂+d₅·c₆·s₁·r₂₂+c₁·p_x+s₁·p_y

F₄＝d₅·s₆·r₃₁+d₅·c₆·r₃₂+p_z-d₁

式中s_i代表sin(θ_i)，c_i代表cos(θ_i)；

步驟2.3：

令

等式兩側(1，3)(2，3)元素對應相等，求得：