[發明專利]一種彈性機器人關節角位移跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 202210466969.2
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114932548B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 潘月斗;耿廣磊
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種彈性機器人關節角位移跟蹤控制方法，屬于機器人關節控制領域。所述方法包括：建立三慣量彈性系統數學模型，將三慣量彈性系統等效為具有傳動比的雙慣量彈性系統，得到三慣量彈性系統等效數學模型，并將三慣量彈性系統等效數學模型轉換為狀態空間方程；根據得到的狀態空間方程，構建三慣量彈性系統的動態方程；對動態方程進行線性化處理，并建立符合三慣量彈性系統特性及運行條件的對數變增益PI型迭代學習控制律。采用本發明，能夠提高三慣量彈性系統角位移跟蹤與角速度跟蹤的準確性。

技術領域

本發明涉及機器人關節控制領域，特別是指一種彈性機器人關節角位移跟蹤控制方法。

背景技術

關節機器人也稱關節手臂機器人或關節機械手臂，是當今工業領域中最常見的工業機器人的形態之一，適合用于諸多工業領域的機械自動化作業。比如，自動裝配、噴漆、搬運、焊接等工作，關節機器人利用電機驅動，使用高精度永磁同步電機矢量控制系統實現機器人關節的高精度控制。

三慣量彈性系統是以高精度傳遞運動為主要目的的一種機械傳動形式，具有運動精度高、承載能力大、剛度高、體積小、無間隙等特點。在三慣量彈性系統中，伺服電機驅動負載運行時，由于中間的傳動負載、滾珠絲杠等這些傳動部件客觀柔性的存在，產生的彈性扭轉變形將造成動態負載端響應明顯的滯后，甚至會成為系統的儲能元件。現有的三慣量彈性系統存在角度跟蹤與角速度跟蹤準確性低的問題。

發明內容

本發明實施例提供了一種彈性機器人關節角位移跟蹤控制方法，能夠提高三慣量彈性系統角位移跟蹤與角速度跟蹤的準確性。所述技術方案如下：

建立三慣量彈性系統數學模型，將三慣量彈性系統等效為具有傳動比的雙慣量彈性系統，得到三慣量彈性系統等效數學模型，并將三慣量彈性系統等效數學模型轉換為狀態空間方程；

根據得到的狀態空間方程，構建三慣量彈性系統的動態方程；

對動態方程進行線性化處理，并建立符合三慣量彈性系統特性及運行條件的對數變增益PI型迭代學習控制律。

進一步地，建立的三慣量彈性系統數學模型表示為：

/

其中，J_M表示電機側轉動慣量；表示電機側角加速度；ω_M表示電機側角速度；θ_M表示電機側角位移；B_M表示電機側粘滯阻尼系數；T_MR表示電機與傳動負載之間的彈性連接轉矩；J_R表示傳動負載轉動慣量；/表示傳動負載角加速度；ω_R表示傳動負載角速度；θ_R表示傳動負載角位移；B_R表示傳動負載粘滯阻尼系數；T_RL表示傳動負載與動態負載之間的彈性連接轉矩；i表示傳動負載傳動比；J_L表示動態負載轉動慣量；/表示動態負載角加速度；ω_L表示動態負載角速度；θ_L表示動態負載角位移；B_L表示動態負載粘滯阻尼系數；s表示微分算子；b_MR表示電機與傳動負載之間傳動軸的粘滯阻尼系數；b_RL表示傳動負載與動態負載之間傳動軸的粘滯阻尼系數；K_MR表示電機與傳動負載之間傳動軸的剛度系數；K_RL表示傳動負載與動態負載之間傳動軸的剛度系數；T_L表示不可重復的未知動態負載干擾，T_M表示控制電機的輸入轉矩。

進一步地，當傳動負載與電機之間的傳動剛度大于預設值，則其角位移、角速度、角加速度與電機側角位移、角速度、角加速度分別相等，即θ_M＝θ_R、ω_M＝ω_R，三慣量彈性系統等效數學模型表示為：

其中，分別表示電機側角速度、動態負載角速度。