[發明專利]一種三自由度Delta并聯機器人的魯棒控制方法

有效

• 申請號: 201810824730.1
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN108693776B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 惠記莊;武琳琳;趙睿英;張紅俊;李夢;雷景媛
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

本發明公開了一種三自由度Delta并聯機器人的魯棒控制方法，將三自由度Delta并聯機器人動力學模型中含有不確定性的項分離出來，分別得到并聯機器人系統的標稱項和不確定項；根據三自由度Delta并聯機器人動力學模型中的標稱項建立控制器中的標稱補償環節，用于對標稱機器人系統進行補償；選取正定對角矩陣，設計控制器中的P.D.控制環節，用于對初始位置誤差進行補償；根據三自由度Delta并聯機器人動力學模型中與不確定性有關的項構造函數，求解代表系統不確定項上界信息的函數，并利用該函數構造不確定性補償環節，用以補償系統中存在的不確定性；最終，給出魯棒控制器。解決了傳統控制方法往往基于精確的動力學模型，很難達到實際控制目的的技術問題。

技術領域

本發明屬于并聯機器人運動控制領域，尤其涉及一種三自由度Delta并聯機器人的魯棒控制方法。

背景技術

隨著Delta并聯機器人在加工制造、微電子、醫療康復、智能物流等高精尖領域的應用，Delta并聯機器人對控制精度和抗干擾能力的要求越來越高。Delta并聯機器人為多連桿鏈式并聯結構，其從動臂通常采用輕質材料的細長桿件，在高速工作時關節間隙與細長桿件的彈性變形會引起殘余振動，該振動現象將嚴重影響到運動的精度和穩定性。同時，Delta并聯機器人在實際工作中存在著大量的不確定性，如：系統變化的動力學參數、非線性關節摩擦力干擾與外部隨機載荷的擾動等，這些不確定因素影響著控制精度和工作效率。因此，針對具有不確定性的Delta并聯機器人動態控制方法研究成為該領域的研究重點。

目前，針對具有不確定性的Delta并聯機器人的動態控制方法主要包括線性控制方法和非線性控制方法。線性控制方法如PID控制、計算力矩控制等通過將非線性的系統模型線性化后，再實現對機器人的控制。這些方法依賴于系統精確的動力學模型和確定的工況，忽略了系統的不確定性，隨著控制過程的日趨復雜，這些線性控制方法就顯示出了弊端，單純的線性控制方法往往很難達到控制要求，魯棒性差。因此，近年來非線性控制方法成為該領域的研究重點。針對Delta并聯機器人系統的非線性控制方法包括變結構控制方法、線性反饋控制方法和自適應控制方法等，這些控制方法或多或少的存在著一些問題，如滑膜變結構控制方法中，“結構”切換的過程中存在不連續的開關特性，容易引起不可消除的抖振現象，線性反饋控制方法中由于不完全了解Delta并聯機器人的動力學模型，其對線性系統的補償往往是不徹底的。而神經網絡、模糊控制等智能控制方法目前在Delta并聯機器人運動控制領域仍處于初步階段，雖然智能控制理論在Delta并聯機器人工程應用中取得了顯著的進展，但仍存在一些問題，如神經網路的隱含層數目和神經元數的選擇，模糊控制中存在的高頻振動現象、單一的模糊控制很難建立完整的模糊控制規則等，需要對這些問題進行進一步的探索。

美國學者Leitmann在系統優化、博弈論等理論的基礎上提出了一致有界、一致最終有界的概念，針對系統的非線性與不確定性問題，提出了Min-Max Lyapunov控制方法，又稱Leitmann方法。Leitmann分別討論了在無結構匹配條件下，存在狀態變量時延現象的非確定性系統的魯棒性和存在狀態時延現象的線性系統穩定性，結合分散控制理論對含有不確定性的非線性耦合系統控制進行分析，為具有強耦合和非線性的Delta并聯機器人動態控制方法研究提供了新思路。因此，對具有不確定性的三自由度Delta并聯機器人動態控制策略進行研究一直是本領域技術人員所關注的熱點。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，基于Leitmann方法提供一種三自由度Delta并聯機器人的魯棒控制方法，以解決傳統控制方法往往基于精確的動力學模型，很難達到實際控制目的的問題。

為了實現上述任務，本發明采用如下技術解決方案予以實現：

一種三自由度Delta并聯機器人的魯棒控制方法，其特征在于，按照以下步驟進行：

步驟1，將三自由度Delta并聯機器人動力學模型中含有不確定性的項分離出來，分別得到并聯機器人系統的標稱項和不確定項；