[發明專利]一種基于動力學模型的輕載關節型并聯機器人控制方法

有效

• 申請號: 201811074443.X
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN110909438B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 袁晗;顧文昊;肖武云;徐麗;楊君娟
• 申請（專利權）人: 上海沃迪智能裝備股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14;B25J9/16
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種基于動力學模型的輕載關節型并聯機器人控制方法，包括步驟：1)結合輕載關節型并聯機器人的整體結構特點、運動特性、受力特性及慣量屬性，選擇被簡化的運動部件，通過簡化其動力學模型將機器人的動力學分析簡化為分別對機器人兩部分運動部件的動力學分析；2)獲取第一部分、第二部分中各個運動部件的動力學特性，并確定二者之間的動力學關聯；3)對第一部分、第二部分分別建立動力學模型；4)根據兩部分之間的動力學耦合關系，求得機器人整體動力學模型。與現有技術相比，本發明適用于與本并聯機器結構相似，動力學分布特點相似的并聯機器人的動力學建模，建模思路清晰，計算量適中，實施容易，使用便利。

技術領域

本發明涉及輕載關節型并聯機器人建模技術領域，尤其是涉及一種基于動力學模型的輕載關節型并聯機器人控制方法。

背景技術

機器人技術涉及廣泛，其中動力學建模是關鍵技術之一，在機器人開發的不同階段都得到了深入的應用。在機械本體設計階段，基于動力學模型的分析，有助于優化機器人各桿件的質量分布；對于電氣選型，例如關節驅動電機扭矩的定型，伺服驅動器功率的定型，動力學分析的結果都具備重要的指導意義；在基于動力學模型的高級控制算法的設計階段，動力學模型的建立更是該階段所有工作的前提和基礎，是圍繞提升機器人運動性能工作的關鍵步驟。

機器人系統是一個復雜的系統，完整精確的動力學模型的建立是一個幾乎不可能的任務。不同的控制策略對模型準確度的依賴程度不同，有些控制策略要求動力學模型具有極高的準確度，有些控制策略本身已經考慮了模型的不準確性，即理論模型與實際被控對象的差異性，在對被控對象的控制任務中可以表現出滿意的控制效果。這一類控制策略對模型的非完全準確性已經具備了包容性。另外在機械設計階段，盡管動力學模型不是完全準確，然而基于它的分析結果仍具有重要的指導意義。

從上述方面來說，動力學建?？梢曰谶m當的假設做簡化，然后對結果進行驗證，以證明所做的假設和簡化是合理的，對結果產生的影響足夠小。不同的機械結構，簡化的思路有所差別，有對不同的機器人結構，尤其對于輕載關節型并聯機構，提供一種合理且實用的簡化動力學模型具有十分重要的研究價值和提高應用的可行性。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構簡便、實施方便的基于動力學模型的輕載關節型并聯機器人控制方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于動力學模型的輕載關節型并聯機器人控制方法，包括以下步驟：

S1：結合輕載關節型并聯機器人的整體結構特點、運動特性、受力特性及慣量屬性，選擇被簡化的運動部件，通過簡化其動力學模型將機器人的動力學分析簡化為分別對機器人兩部分運動部件的動力學分析。

優選地，將輕載關節型并聯機器人的從動臂選為簡化的運動部件，即基于從動臂輕質的特性，將其中一根從動臂的質量計算到第一部分中，將另一根從動臂的質量計算到第二部分中。通過簡化從動臂的動力學分析，將機器人整體的動力學分析按照部件分割為兩個部分，假設輕載關節型并聯機器人的從動臂為不可拉伸、伸縮的輕質桿件，以從動臂的幾何尺寸作為空間幾何約束，將從動臂一端的電機、減速器、主動臂作為輕載關節型并聯機器人的第一部分，將另一端的動平臺、TCP末端作為輕載關節型并聯機器人的第二部分，并利用從動臂的運動和空間位置關系約束兩個部分之間的運動學和動力學關系。

S2：獲取第一部分、第二部分中各個運動部件的動力學特性，并確定兩部分之間的動力學關聯。

優選地，第一部分中各個運動部件的動力學特性包括電機輸出扭矩、電機和減速器的轉動慣量、主動臂質量、主動臂關于關節軸線的轉動慣量、關節處摩擦、簡化到主動臂末端的從動臂組件的一半質量以及來自從動臂對主動臂施加的力。

優選地，第二部分中各個運動部件的動力學特性包括動平臺的各桿件質量和轉動慣量，動平臺負載質量和轉動慣量，簡化到動平臺的從動臂組件的另一半質量，以及從動臂對動平臺施加的力從動臂施加的力及動平臺的等效慣量矩陣。