[發(fā)明專(zhuān)利]基于改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)的機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換誤差補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110184868.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112959321B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黨選舉;原翰玫;賀思穎;李曉;莫太平;伍錫如
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 桂林市持衡專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

本發(fā)明公開(kāi)一種基于改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)的機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換誤差補(bǔ)償方法，在對(duì)稱(chēng)Play算子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將Play算子中的線(xiàn)性部分用改進(jìn)后的非線(xiàn)性Sigmoid函數(shù)替代，構(gòu)造一個(gè)與遲滯曲線(xiàn)輪廓接近的新函數(shù)，得到非線(xiàn)性遲滯算子，以新遲滯算子為激勵(lì)函數(shù)，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遲滯模型，對(duì)柔性關(guān)節(jié)表現(xiàn)出的復(fù)雜遲滯特性進(jìn)行建模，并基于該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遲滯模型對(duì)柔性關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的進(jìn)行控制補(bǔ)償。本發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遲滯模型具有在線(xiàn)學(xué)習(xí)能力，能夠在線(xiàn)補(bǔ)償工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)本身結(jié)構(gòu)帶來(lái)傳遞非線(xiàn)性誤差，提高工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)執(zhí)行的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)的機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換誤差補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在智能制造過(guò)程中，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的精確控制的要求愈來(lái)愈高。開(kāi)展對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)所表現(xiàn)出強(qiáng)非線(xiàn)性特性建模與補(bǔ)償，成為提高工業(yè)機(jī)器人的控制精度的重要技術(shù)途徑。

為了提高機(jī)器人與環(huán)境或人的交互協(xié)作能力，采用柔性材料或柔性傳輸元件能夠減小其在交互過(guò)程中的沖擊作用，保證安全性。對(duì)協(xié)作機(jī)器人及輕型機(jī)器人，其中含有諧波減速器的構(gòu)成柔性關(guān)節(jié)，表現(xiàn)出的強(qiáng)非線(xiàn)性的復(fù)雜遲滯特性，其遲滯特性是由諧波減速器本身特殊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定。具有復(fù)雜特殊結(jié)構(gòu)的諧波減速器由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪和使柔輪發(fā)生徑向形變的波發(fā)生器組成，其用柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對(duì)錯(cuò)齒，傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，柔輪的彈性形變與傳動(dòng)中產(chǎn)生的非線(xiàn)性摩擦以及磁性的存在等多方面因素使得諧波減速器表現(xiàn)出復(fù)雜遲滯特性。

工業(yè)機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)由于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的諧波減速器的存在表現(xiàn)出一種復(fù)雜的遲滯特性，這種復(fù)雜的非線(xiàn)性嚴(yán)重影響了對(duì)于柔性關(guān)節(jié)的控制精度，因此需要對(duì)柔性關(guān)節(jié)的遲滯特性進(jìn)行建模，進(jìn)而采用適合的基于模型的補(bǔ)償控制方法，提高其控制精度。

遲滯特性為一種特殊的非線(xiàn)性特性，具有非光滑、多值對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，不同的對(duì)象，表現(xiàn)出不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同類(lèi)型的遲滯特性。針對(duì)不同領(lǐng)域的不同類(lèi)型的遲滯特性，目前已提出了多種遲滯模型，如基于現(xiàn)象的建模方法，從純數(shù)學(xué)角度描述遲滯輸入輸出關(guān)系的Presiach模型、PI模型、KP模型等，其中PI模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于求逆，且能夠用較少的參數(shù)表達(dá)遲滯特性，被廣泛的應(yīng)用于遲滯特性建模。然而，工業(yè)機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)表現(xiàn)出的復(fù)雜非線(xiàn)性的特殊性在于其不對(duì)稱(chēng)且非光滑，傳統(tǒng)PI模型適用于對(duì)稱(chēng)遲滯曲線(xiàn)的描述，對(duì)于復(fù)雜遲滯特性通過(guò)傳統(tǒng)PI結(jié)構(gòu)建模，建模精度降低。近年來(lái)，通過(guò)改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)用于對(duì)象遲滯特性建模的方法，如采用變間隔閾值、采用三段PI建模等方法，但這些改進(jìn)只是在傳統(tǒng)PI模型上拓寬，不能從根本上解決工業(yè)機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)表現(xiàn)出的非對(duì)稱(chēng)、非光滑且無(wú)絕對(duì)的凹凸性的遲滯特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明工業(yè)機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)表現(xiàn)出的特殊遲滯特性，提供一種基于改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)的機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換誤差補(bǔ)償方法。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

基于改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)的機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換誤差補(bǔ)償方法，包括步驟如下：

步驟1、構(gòu)建基于改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遲滯模型，即：

步驟2、采集柔性關(guān)節(jié)在當(dāng)前時(shí)刻即t時(shí)刻的實(shí)際輸出角度，并將柔性關(guān)節(jié)在當(dāng)前時(shí)刻即t時(shí)刻的實(shí)際輸出角度作為基于改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遲滯模型的輸入，基于改進(jìn)PI結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遲滯模型的輸出即為柔性關(guān)節(jié)在當(dāng)前時(shí)刻的下一時(shí)刻即t+1時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出角度；

步驟3、利用步驟2所得到的柔性關(guān)節(jié)在當(dāng)前時(shí)刻的下一時(shí)刻即t+1時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出角度，計(jì)算柔性關(guān)節(jié)在當(dāng)前時(shí)刻的下一時(shí)刻即t+1時(shí)刻的預(yù)測(cè)扭矩角，即：