[發(fā)明專利]一種能夠消除回程誤差的多自由度機械臂回轉(zhuǎn)方法

有效

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• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108638074B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蒙臻;張旗;劉湘琪;倪敬
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/14;B25J9/10;B25J9/08
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.一種能夠消除回程誤差的多自由度機械臂回轉(zhuǎn)方法，采用的回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)，包括回轉(zhuǎn)本體、回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件、驅(qū)動油路和信號反饋模塊；所述的回轉(zhuǎn)本體包括固定底座和回轉(zhuǎn)平臺；所述的回轉(zhuǎn)平臺與固定底座構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；回轉(zhuǎn)平臺的底部與外齒圈固定；所述的回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件包括電液伺服馬達(dá)、行星減速器和驅(qū)動齒輪；所述的驅(qū)動齒輪支承在固定底座上，且與外齒圈嚙合；所述的行星減速器固定在固定底座上；行星減速器的輸出軸與驅(qū)動齒輪固定；電液伺服馬達(dá)固定在行星減速器上；電液伺服馬達(dá)的輸出軸與行星減速器的輸入口固定；所述的回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件共有2m個，1≤m≤4；驅(qū)動油路包括電液比例閥、第一安全閥和第二安全閥；2m個電液比例閥的第一工作油口與2m個第一安全閥的第一油口分別連通；2m個電液比例閥的第二工作油口與2m個第二安全閥的第一油口分別連通；2m個第一安全閥的第二油口與2m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件內(nèi)電液伺服馬達(dá)的第一油口分別連通；2m個第二安全閥的第二油口與2m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件內(nèi)電液伺服馬達(dá)的第二油口分別連通；其特征在于：2m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件沿外齒圈的周向均布；所述的驅(qū)動油路還包括第一過濾器、第二過濾器、蓄能器、柱塞式液壓泵、單向閥、油箱和電液溢流閥；所述柱塞式液壓泵的入油口與油箱通過第一過濾器連通，出油口與單向閥的輸入口連通；單向閥的輸出口與電液溢流閥的入油口及第二過濾器的輸入口連通；電液溢流閥的出油口與油箱連通；第二過濾器的輸出口與蓄能器的蓄能油口及手動球閥的一個通油口連通；手動球閥的另一個通油口與2m個電液比例閥的進(jìn)油口連通；2m個電液比例閥的回油口均與油箱連通；

所述的信號反饋模塊包括2m+1個旋轉(zhuǎn)編碼器和4m個油路壓力變送器；旋轉(zhuǎn)編碼器均與固定底座固定；2m+1個旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入軸與回轉(zhuǎn)平臺、2m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件內(nèi)的驅(qū)動齒輪分別固定；4m個油路壓力變送器的檢測口與2m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件內(nèi)電液伺服馬達(dá)的第一油口、第二油口分別連通；

該能夠消除回程誤差的多自由度機械臂回轉(zhuǎn)方法具體如下：

步驟一：選取其中m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件作為第一驅(qū)動組，另m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件作為第二驅(qū)動組；第一驅(qū)動組的m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件兩兩之間互不相鄰；以第一驅(qū)動組作為行進(jìn)測試組，第二驅(qū)動組作為復(fù)位測試組；使用者設(shè)定回轉(zhuǎn)平臺的角位移θ₀；

步驟二、計算行進(jìn)測試組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的目標(biāo)角位移θ₁、θ₂、…、θ_m，復(fù)位測試組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的目標(biāo)角位移θ_m+1、θ_m+2、…、θ_2m；

其中，R為外齒圈的分度圓半徑，r為驅(qū)動齒輪的分度圓半徑；Δθ為驅(qū)動齒輪與外齒圈的齒隙在驅(qū)動齒輪上對應(yīng)的角度；

步驟三、將0賦值給t；計算需要輸入到2m個驅(qū)動齒輪對應(yīng)的電液比例閥的電壓值u_i(t)如式(1)所示，

其中，U_max、q_max分別為電液比例閥的最大控制電壓、額定流量；D_m為電液伺服馬達(dá)的額定排量，Δt是運動算法模塊設(shè)定的控制周期；Δt＝0.1s；

分別向2m個電液比例閥輸入電壓值u_i(t)，i＝1,2,…,2m；將t增大Δt；Δt時間后進(jìn)入步驟四；

步驟四、與驅(qū)動齒輪連接的2m個旋轉(zhuǎn)編碼器分別檢測2m個驅(qū)動齒輪的實際角位移信號；

之后計算2m個驅(qū)動齒輪的角位移誤差e_i(t)＝θ′_i-θ_i，i＝1,2,…,2m；θ′₀～θ′_2m分別為2m個驅(qū)動齒輪當(dāng)前的實際角位移值；

步驟五、計算累加后輸出控制值u_i(t)如式(2)所示，

式(2)中，0.6≤K_Pi≤2.0，0.05≤K_Ii≤0.3，0.05≤K_Di≤0.25，i＝1,2,…,2m；e_i(0)＝0；

步驟六、若u_i(t)中有一個或多個的正負(fù)符號發(fā)生變化，則直接進(jìn)入步驟七；否則，將t增大Δt，Δt時間后重復(fù)執(zhí)行步驟四和五；

步驟七、若此時第一驅(qū)動組為行進(jìn)測試組，則將此時行進(jìn)測試組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的角位移誤差e₁(t)、e₂(t)、…、e_m(t)，作為第一最終誤差組內(nèi)的m個元素e₁′、e₂′、…、e_m′，之后將第二驅(qū)動組作為行進(jìn)測試組，第一驅(qū)動組作為復(fù)位測試組；2m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件內(nèi)的驅(qū)動齒輪均復(fù)位后，重復(fù)執(zhí)行步驟二至六；

若此時第二驅(qū)動組作為行進(jìn)測試組，則將此時行進(jìn)測試組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的角位移誤差e₁(t)、e₂(t)、…、e_m(t)，作為第二最終誤差組內(nèi)的m個元素e_m+1″、e_m+2″、…、e_2m″；2m個回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件內(nèi)的驅(qū)動齒輪均復(fù)位后，進(jìn)入步驟八；

步驟八、若則將第一驅(qū)動組作為行進(jìn)驅(qū)動組，將第二驅(qū)動組作為復(fù)位驅(qū)動組；否則，將第二驅(qū)動組作為行進(jìn)驅(qū)動組，將第一驅(qū)動組作為復(fù)位驅(qū)動組；

步驟九、計算行進(jìn)驅(qū)動組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的目標(biāo)角位移θ₁、θ₂、…、θ_m，復(fù)位驅(qū)動組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的目標(biāo)角位移θ_m+1、θ_m+2、…、θ_2m；

步驟十、將0賦值給t，1賦值給k；計算需要輸入到2m個電液比例閥的電壓值u_i(t,k)如式(3)所示；

分別向2m個電液比例閥輸入電壓值u_i(t,k)，i＝1,2,…,2m；將t增大Δt；此時，Δt時間后進(jìn)入步驟十一；

步驟十一、與驅(qū)動齒輪連接的2m個旋轉(zhuǎn)編碼器分別檢測2m個驅(qū)動齒輪的實際角位移信號；

之后計算2m個驅(qū)動齒輪的角位移誤差e_i(t,k)＝θ′_i-θ_i，i＝1,2,…,2m；θ′₀～θ′_2m分別為2m個驅(qū)動齒輪當(dāng)前的實際角位移值；

步驟十二、4m個油路壓力變送器分別檢測油壓值；以與行進(jìn)驅(qū)動組對應(yīng)的2m個油路壓力變送器中檢測到油壓值最大的那個油路壓力變送器為行進(jìn)特征變送器；以與復(fù)位驅(qū)動組對應(yīng)的2m個油路壓力變送器中檢測到油壓值最大的那個油路壓力變送器為復(fù)位特征變送器；與行進(jìn)特征變送器對應(yīng)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件為行進(jìn)特征回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件；與復(fù)位特征變送器對應(yīng)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件為復(fù)位特征回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件；

計算行進(jìn)驅(qū)動組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的同步誤差e_synj(i,t,k)＝θ_i′-θ_a′，i＝1,2,…,m；θ_a′為行進(jìn)特征回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件內(nèi)驅(qū)動齒輪當(dāng)前的實際角位移值；計算復(fù)位驅(qū)動組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的同步誤差e_synj(i,t,k)＝θ_i′-θ_b′，i＝m+1,m+2,…,2m；θ_b′為復(fù)位特征回轉(zhuǎn)驅(qū)動組件內(nèi)驅(qū)動齒輪當(dāng)前的實際角位移值；

步驟十三、若k＝1，則進(jìn)入步驟十四；若k＞1，則進(jìn)入步驟十五；

步驟十四、計算累加后輸出控制值u_i(t,k)如式(4)所示，

式(4)中，e_i(0,k)＝0；

直接進(jìn)入步驟十六；

步驟十五、計算綜合誤差如式(5)所示，

式(5)中，0.02≤I_d≤0.1；0.05≤I_p≤0.2；e_synj(i,0,k-1)＝0；

計算累加后輸出控制值u_i(t,k)如式(6)所示，

式(6)中，

進(jìn)入步驟十六；

步驟十六、分別向2m個電液比例閥輸入電壓值u_i(t,k)，i＝1,2,…,2m；

若未接收到復(fù)位指令或轉(zhuǎn)動至目標(biāo)位置指令，則將t增大Δt，Δt時間后重復(fù)執(zhí)行步驟十一至十五；

若接收到復(fù)位指令，則令行進(jìn)驅(qū)動組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的目標(biāo)角位移θ₁＝θ₂＝…＝θ_m＝-Δθ，令復(fù)位驅(qū)動組內(nèi)m個驅(qū)動齒輪的目標(biāo)角位移θ_m+1＝θ_m+2＝…＝θ_2m＝0，之后進(jìn)入步驟十七；

若接收到轉(zhuǎn)動至目標(biāo)位置指令，則令四個驅(qū)動齒輪的目標(biāo)角位移并進(jìn)入步驟十七；

步驟十七、將0賦值給Δt，將k增大1；與驅(qū)動齒輪連接的2m個旋轉(zhuǎn)編碼器分別檢測2m個驅(qū)動齒輪的實際角位移信號；

之后計算2m個驅(qū)動齒輪的角位移誤差e_i(t,k)＝θ′_i-θ_i，i＝1,2,…,2m；θ′₀～θ′_2m分別為2m個驅(qū)動齒輪當(dāng)前的實際角位移值；

計算輸入到2m個電液比例閥的電壓值

分別2m個電液比例閥輸入電壓值u_i(t,k)，i＝1,2,…,2m；將t增大Δt；Δt時間后重復(fù)執(zhí)行步驟十一至十六。