[發明專利]一種并聯機器人的滑模控制方法及系統

有效

• 申請號: 201811310662.3
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109176480B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 蘇婷婷;何廣平;趙全亮;趙磊;賈濤鳴
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

1.一種并聯機器人的滑模控制方法，其特征在于，所述滑模控制方法包括：

構建并聯機器人的動力學模型；

確定期望運動軌跡；

采用滑模控制算法，根據所述期望運動軌跡和并聯機器人末端執行點的實際位置和實際速度確定力矩；

根據所述力矩控制所述并聯機器人的動力學模型，獲得關節空間坐標；

獲取運動學模型；

根據所述關節空間坐標和所述運動學模型，對所述并聯機器人末端執行點的實際位置和實際速度進行更新，并返回步驟“采用滑模控制算法，根據所述期望運動軌跡和并聯機器人末端執行點的實際位置和實際速度確定力矩”；

所述采用滑模控制算法，根據所述期望運動軌跡和并聯機器人末端執行點的實際位置和實際速度確定力矩，具體包括：

根據所述期望運動軌跡確定并聯機器人末端執行點的期望位置、期望速度和期望加速度；

根據所述位置和所述期望位置確定位置誤差；

根據所述速度和所述期望速度確定速度誤差；

根據所述位置誤差、所述速度誤差和所述期望加速度確定力矩；

所述力矩，具體公式為：

其中，并聯機器人末端執行點的期望加速度，e＝p-p_ref，e為位置誤差，p為并聯機器人末端執行點的實際位置，p_ref為并聯機器人末端執行點的期望位置，為速度誤差，為并聯機器人末端執行點的實際速度，并聯機器人末端執行點的期望速度，M(p)＝mJ^-1+I_TJ，J為雅克比矩陣，m為并聯機器人動平臺的總質量，j為減速器的減速比，I_red為減速器的轉動慣量，I_a為主動臂對其轉軸的轉動慣量，m_f為單條支鏈的從動臂的平行四邊形結構中兩個桿的總質量，r_f為主動臂桿長，C為一個對角陣，C＝diag(c₁,c₂,c₃)，且有c₁,c₂,c₃都是大于0的常數，r_e為從動臂的桿長，w_i為從動臂的單位矢量，為每一個主動臂對應的角度，θ_i為第i個主動臂的轉角，為OXYZ坐標系中的z軸單位矢量，I₃為三階單位矩陣，m_ar_a為主動臂對其轉軸的質徑積，m_fr_f/2為從動臂等效在主動驅動臂末端的質量相對轉軸的質徑積，g為重力加速度，n₁、n₂、n₃均為常數，為M(p)的導數，

2.根據權利要求1所述的滑模控制方法，其特征在于，所述構建并聯機器人的動力學模型，具體為：

根據所述并聯機器人的力和運動之間關系構建并聯機器人的動力學模型。

3.根據權利要求1所述的滑模控制方法，其特征在于，所述確定期望運動軌跡，具體包括：

獲取原始軌跡；

判斷所述原始軌跡上位置點個數是否大于設定閾值，獲得第一判斷結果；如果所述第一判斷結果表示大于設定閾值，則將所述原始軌跡作為期望運動軌跡；如果所述第一判斷結果表示小于或等于設定閾值，則對所述原始軌跡的笛卡爾坐標系下的三個坐標軸分別獨立進行三次多項式軌跡插補，獲得所述期望運動軌跡。

4.根據權利要求3所述的滑模控制方法，其特征在于，所述對所述原始軌跡的笛卡爾坐標系下的三個坐標軸分別獨立進行三次多項式軌跡插補，獲得所述期望運動軌跡，具體包括：

從所述原始軌跡中獲取四個連續的位置點；

根據所述四個連續的位置點確定三次多項式的系數；

從四個連續的位置點中任意選取兩個相鄰連續的位置點進行三項式插值，獲得位置點；

判斷插值后的位置點個數是否大于設定閾值，獲得第二判斷結果；如果所述第二判斷結果表示大于設定閾值，則將插補后的所述原始軌跡作為期望運動軌跡；如果所述第二判斷結果表示小于或等于設定閾值，采用窗口滑動，依次從所述原始軌跡中選取四個連續的位置點，并返回步驟“根據所述四個連續的位置點確定三次多項式的系數”。