機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的增益調(diào)整裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)器人控制領(lǐng)域，特別設(shè)及一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的增益調(diào)整裝置及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于搬運(yùn)、焊接、噴漆、裝配等領(lǐng)域。早期的工業(yè) 機(jī)器人一般采用傳統(tǒng)的PID控制，由于機(jī)器人往往具有較大的傳動(dòng)比，軌跡跟蹤精度要求 不高的情況下，可W忽略動(dòng)力學(xué)的影響。但隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn) 步，機(jī)器人完成的任務(wù)也越來(lái)越復(fù)雜，特別在高精度和快速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，對(duì)機(jī)器人工作效率 和控制精度的要求已發(fā)生了質(zhì)的變化，傳統(tǒng)控制已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求。典型的應(yīng)用是機(jī)器 人抓取重物時(shí)，抓取瞬間由于負(fù)載作用，使慣量特性發(fā)生較大變化，手臂運(yùn)動(dòng)不能快速跟隨 給定軌跡，將使控制性能變差，甚至出現(xiàn)手臂末端"點(diǎn)頭"的現(xiàn)象。
[0003] 針對(duì)W上情況，典型的方法是加入機(jī)器人動(dòng)力學(xué)控制。機(jī)器人操作臂的動(dòng)力學(xué)建 模主要是研究各主動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力與操作臂運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。機(jī)器人操作臂是一個(gè)十分復(fù)雜的 動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，完整的動(dòng)力學(xué)模型包括機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、關(guān)節(jié)及驅(qū)動(dòng)的摩擦特性、剛體連 桿的動(dòng)力學(xué)模型。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的非線性特點(diǎn)和強(qiáng)禪合性使得對(duì)它的研究十分困難和 復(fù)雜。同時(shí)，由于實(shí)際測(cè)量和建模的不準(zhǔn)確，加上負(fù)載變化、外部干擾W及大量不確定性因 素的存在，很難得到機(jī)器人實(shí)際的精確、完整的動(dòng)力學(xué)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在針對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的負(fù)載突變情況（例如搬運(yùn)作業(yè)），設(shè)計(jì)一種 應(yīng)用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的增益調(diào)整方法，直接由電機(jī)控制部分進(jìn)行慣量識(shí)別與增益調(diào)整， 提高機(jī)器人作業(yè)時(shí)負(fù)載變化情況下的控制性能。 陽(yáng)〇化]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0006] 一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的增益調(diào)整裝置，包括：示教裝置、控制裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、電機(jī) 和機(jī)器人，示教裝置用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教作業(yè)；控制裝置用于向驅(qū)動(dòng)裝置下達(dá)運(yùn)動(dòng)指令； 驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)運(yùn)動(dòng)指令完成負(fù)載慣量的識(shí)別，并作出負(fù)載增益調(diào)整，根據(jù)調(diào)整后的增益參 數(shù)完成對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；電機(jī)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0007] 優(yōu)選的，所述示教裝置與所述控制裝置之間通過串口通訊連接。
[0008] 優(yōu)選的，控制裝置與驅(qū)動(dòng)裝置之間通過CAN總線進(jìn)行通訊。
[0009] 優(yōu)選的，驅(qū)動(dòng)裝置還包括一慣量識(shí)別裝置和一增益調(diào)整裝置，慣量識(shí)別裝置根據(jù) 電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程動(dòng)態(tài)的檢測(cè)負(fù)載慣量的變化，通過檢測(cè)電機(jī)電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速，采集多組 數(shù)據(jù)，運(yùn)用最小二乘法獲取各軸負(fù)載慣量的辨識(shí)值；增益調(diào)整裝置，根據(jù)各軸負(fù)載慣量的辨 識(shí)值，調(diào)整各軸增益值。
[0010] 本發(fā)明還提供一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的增益調(diào)整方法，包括如下步驟：
[0011] 示教裝置對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教作業(yè)，使機(jī)器人行進(jìn)到重物抓取點(diǎn)；
[0012] 開啟示教裝置界面上的慣量識(shí)別開關(guān)，開啟慣量識(shí)別功能；
[0013] 機(jī)器人抓取重物，檢測(cè)負(fù)載慣量的變化，獲取各軸負(fù)載慣量的辨識(shí)值；
[0014] 根據(jù)各軸負(fù)載慣量的辨識(shí)值，調(diào)整各軸增益值；
[0015] 根據(jù)各軸增益參數(shù)，完成重物的抓取、搬運(yùn)后，放置重物；
[0016] 關(guān)閉慣量識(shí)別功能。
[0017] 優(yōu)選的，所述機(jī)器人抓取重物，檢測(cè)負(fù)載慣量的變化，獲取各軸負(fù)載慣量的辨識(shí)值 J。
[001引優(yōu)選的，根據(jù)各軸負(fù)載慣量的辨識(shí)值，調(diào)整各軸增益值，具體為：
[0019] 將交流電機(jī)模型轉(zhuǎn)化為直流電機(jī)模型；
[0020] 獲取電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)的參數(shù)；
[0021] 根據(jù)各軸負(fù)載慣量的辨識(shí)值，調(diào)整各軸增益參數(shù)。
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：針對(duì)典型的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)（如搬運(yùn)作業(yè)等），設(shè)計(jì)一種應(yīng)用 于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的慣量識(shí)別與增益調(diào)整方法，其能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)過程中的負(fù)載突變情況， 辨識(shí)各軸慣量，并由此調(diào)整各軸增益，提高機(jī)器人控制性能。尤其在抓取重物時(shí)，通過檢測(cè) 負(fù)載的變換，修正控制參數(shù)，提高控制精度。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本實(shí)施例機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制增益調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2為本實(shí)施例機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制增益調(diào)整方法流程圖； 陽(yáng)0巧]圖3為本實(shí)施例交流電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖； 陽(yáng)0%] 圖4為本實(shí)施例直流電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖5為本實(shí)施例速度環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖6為本實(shí)施例位置環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及具體實(shí)施 例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā) 明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030] 如圖1所示，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的增益調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖，包括：示教裝置10、控制 裝置20、驅(qū)動(dòng)裝置30、電機(jī)40和機(jī)器人50。示教裝置10與控制裝置20之間通過串口通 訊連接；控制裝置20與驅(qū)動(dòng)裝置30之間通過CAN總線進(jìn)行通訊。示教裝置10用于對(duì)機(jī)器 人進(jìn)行示教作業(yè)；控制裝置20用于向驅(qū)動(dòng)裝置30下達(dá)運(yùn)動(dòng)指令；驅(qū)動(dòng)裝置30根據(jù)運(yùn)動(dòng)指 令完成負(fù)載慣量的識(shí)別，并作出負(fù)載增益調(diào)整，根據(jù)調(diào)整后的增益參數(shù)完成對(duì)電機(jī)40的驅(qū) 動(dòng)；電機(jī)40控制機(jī)器人50運(yùn)動(dòng)。
[0031] 本發(fā)明提出一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的增益調(diào)整裝置，對(duì)其各組成部分及工作原理作 如下描述。
[0032] 示教裝置10,用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教作業(yè)。本實(shí)施例中，操作人員通過示教裝置 10對(duì)機(jī)器人50進(jìn)行作業(yè)示教，示教機(jī)器人50行進(jìn)到重物抓取點(diǎn)時(shí)，通過示教裝置10上的 界面設(shè)置慣量識(shí)別開關(guān)變量。所述示教裝置10為一編程示教盒。
[0033] 控制裝置20接收慣量識(shí)別開關(guān)變量，向驅(qū)動(dòng)裝置30下達(dá)抓取重物的運(yùn)動(dòng)指令。所 述控制裝置20為一機(jī)器人控制器。
[0034] 驅(qū)動(dòng)裝置30根據(jù)運(yùn)動(dòng)指令完成負(fù)載慣量的識(shí)別，并作出負(fù)載增益調(diào)整，根據(jù)調(diào)整 后的參數(shù)完成對(duì)電機(jī)40的驅(qū)動(dòng)，對(duì)重物進(jìn)行抓取。
[0035] 所述驅(qū)動(dòng)裝置30還包括一慣量識(shí)別裝置31和一增益調(diào)整裝置32,當(dāng)機(jī)器人本體 50對(duì)重物進(jìn)行抓取時(shí)，慣量識(shí)別裝置31根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程動(dòng)態(tài)的檢測(cè)負(fù)載慣量的變 化，通過檢測(cè)電機(jī)電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速，采集多組數(shù)據(jù)，運(yùn)用最小二乘法獲取各軸負(fù)載慣量的辨 識(shí)值。增益調(diào)整裝置32,根據(jù)各軸負(fù)載慣量的辨識(shí)值，調(diào)整各軸增益。所述驅(qū)動(dòng)裝置30為 一伺服驅(qū)動(dòng)器。
[0036] 電機(jī)40，用于控制機(jī)器人本體50運(yùn)動(dòng)。
[0037] 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例