[發明專利]一種Stewart平臺的協同控制方法

有效

• 申請號: 202011616779.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112847303B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 汪首坤;王亮;王軍政;司金戈;陳志華;王修文
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明涉及一種Stewart平臺的協同控制方法，屬于并聯機器人控制技術領域。在上位機控制器中，采用協同控制算法，統籌協調每個獨立的控制器中無交互的控制信號，改善由負載不同或其他因素所引起并聯平臺位姿控制中的電動缸的位置不匹配及過擬合問題。同時，采用ADRC自抗擾控制器，估計內部建模的不確定性并補償外部擾動，一定程度上提高控制精度，滿足高性能的位姿控制要求。本發明可以提高控制精度，改善各電動缸在過渡過程中的協同效果，減少各個電動缸之間負載不均衡分配而帶來的形變等問題，減輕各個電動缸關節負擔，延長電動缸的使用壽命，提高經濟效益。

技術領域

本發明涉及一種基于多智能體協同控制原理的并聯機器人協同控制方法，具體涉及一種基于一致性和自抗擾控制的Stewart平臺協同控制方法，用于解決并聯結構各個智能體之間的協同控制，屬于并聯機器人控制技術領域。

背景技術

Stewart平臺是一種并聯機器人，由6個獨立驅動臂支撐的表面組成。Stewart平臺最初是用于模擬飛行器的裝置，具有多自由度、高剛性、高精度、可模塊化生產等優點。自20世紀90年代以來，被用于機床構架設計，逐漸發展起來，成為熱點。

Stewart平臺的并聯機構，由于具有剛度大、承載能力強、位置誤差不累計等特點，在應用上與串聯機構形成互補，現已成為空間機構學的研究熱點。Stewart平臺并聯機構在航空、航天、海底作業、地下開采、制造裝配等行業有著廣泛的應用。

六自由度Stewart并聯平臺，是一種典型的非線性耦合的多輸入多輸出系統。為簡化系統控制器的設計，當前廣泛采用的策略是：將并聯的六條支鏈分解為獨立的控制回路進行控制，根據動平臺給定的位姿信息，通過運動學逆解算法，求出每個關節(驅動機構所在支鏈)的目標位置，然后設計六個獨立的位置控制器跟蹤該支鏈的給定位置，此時，只能將整個系統退化為六個末端相互耦合的單輸入單輸出系統進行處理，這也是目前并聯機構平臺的一個主要特征。

但是，這種控制方法存在兩個方面的缺點：一方面，在實際系統中，由于六自由度并聯機構結構的參數誤差、關節間隙等的存在，關節位移與實際動平臺的位姿之間存在著映射誤差，而關節空間控制只是內環閉環系統，關節空間控制的控制器是相互獨立的，由于控制回路之間沒有信息(例如驅動機構的位移、驅動速末端力等)的交互與反饋，對于動平臺位姿沒有形成外環閉環系統，無法對最終的動平臺位姿誤差進行修正。另一方面，六自由度并聯機構各關節之間通過動平臺連接構成的強耦合關系，且動平臺本身也存在著干擾力的影響，存在一定的傳動誤差，電動缸中的絲杠精度等級以及絲杠與絲杠螺母的背隙是電動缸誤差的主要來源，使高性能的位姿控制難度增大。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，為有效解決多自由度Stewart并聯平臺運動過程中各個電動缸伸縮長度不協同難以控制的技術問題，提出一種基于協同控制算法和自抗擾控制的Stewart平臺控制方法。

本發明的創新點在于：

在上位機控制器中，采用協同控制算法，統籌協調每個獨立的控制器中無交互的控制信號，改善由負載不同或其他因素所引起并聯平臺位姿控制中的電動缸的位置不匹配及過擬合問題。同時，采用ADRC自抗擾控制器，估計內部建模的不確定性并補償外部擾動，一定程度上提高控制精度，滿足高性能的位姿控制要求。

同時，針對現有控制技術存在的缺陷，本發明將六自由度運動平臺的六個電動缸作為一個多智能體系統，對每個電動缸的電機伸縮量進行協同控制，目標位姿速度指令作為多智能體的領導者速度指令，六個電動缸的速度量對作為跟隨者對領導者速度進行跟蹤，控制器的反饋量為關節空間位移。

本發明采用以下技術方案。

一種Stewart平臺的協同控制方法，包括以下步驟：

步驟1：設計并聯系統一致性控制算法。