專利名稱：機(jī)械臂控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械臂領(lǐng)域，尤其涉及一種通過各關(guān)節(jié)動作角度實(shí)時(shí)反饋補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂動作時(shí)無重力干擾的重力解耦技木。
背景技術(shù)：
目前，多關(guān)節(jié)機(jī)械臂普遍采用控制器參數(shù)整定的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過信號發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的動作信號，控制器對動作信號整定，整定后的信號輸入各臂關(guān)節(jié)驅(qū)動器，關(guān)節(jié)驅(qū)動器工作產(chǎn)生扭矩帶動各臂動作。該系統(tǒng)通過控制器的參數(shù)整定，減小了動作信號帶來的超調(diào)及機(jī)械臂穩(wěn)定后的靜態(tài)誤差，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂穩(wěn)定有效的動作。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械臂動作的超調(diào)誤差應(yīng)不大于3%。隨著技術(shù)的發(fā)展，用戶對設(shè)備的操作性能要求越來越高。 動作超調(diào)和動作時(shí)間是識別機(jī)械臂控制性能的重要指標(biāo)?，F(xiàn)在機(jī)械臂動作采取閉環(huán)控制， 超調(diào)量基本能控制在1%以內(nèi)。傳統(tǒng)控制器進(jìn)行機(jī)械臂動作的參數(shù)整定時(shí)，ー個(gè)幅值動作信號就需要一組控制器整定參數(shù)。而當(dāng)機(jī)械臂執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)吋，任務(wù)必然是由多個(gè)動作組成，若要動作有效穩(wěn)定， 也就意味著需要無數(shù)組控制器參數(shù)。這無疑増加了控制器的控制難度和工作人員的工作強(qiáng)度。同時(shí)由于工作環(huán)境因素，機(jī)械臂工作始終受到重力因素的影響，使機(jī)械臂控制成為非線性控制，機(jī)械臂在不同的位置，各關(guān)節(jié)受到的重力カ矩也不同。這使控制難度增加不少，容易造成控制超調(diào)和偏差等不穩(wěn)定情況。因此對于機(jī)械臂的連續(xù)穩(wěn)定有效動作存在著一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)及控制方法，能克服機(jī)械臂動作時(shí)重力因素的影響，降低機(jī)械臂的控制難度，不僅能在機(jī)械臂動作時(shí)完全抵消重力對各臂產(chǎn)生的カ矩，而且其原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)，包括控制器、限幅模塊、關(guān)節(jié)驅(qū)動器和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述控制器與所述限幅模塊相連，所述限幅模塊與所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器相連， 所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器與所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與機(jī)械臂相連，在所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上設(shè)置有角度傳感器，所述角度傳感器與重力解耦模塊相連，所述重力解耦模塊與所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器相連。本發(fā)明還提供了一種機(jī)械臂控制方法，包括如下步驟
第一歩、各關(guān)節(jié)驅(qū)動器從控制器獲得整定后的動作控制信號，并將動作控制信號轉(zhuǎn)化為扭矩信號，輸入到各關(guān)節(jié)驅(qū)動器對應(yīng)的各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)做出相應(yīng)的動作；同吋，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的角度傳感器實(shí)時(shí)檢測各個(gè)機(jī)械臂與其旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)點(diǎn)右水平面逆時(shí)針的夾角，并輸入給各臂對應(yīng)的重力解耦模塊中。第二步、重力解耦模塊根據(jù)カ矩平衡原理，將這些夾角進(jìn)行線性組合，得到各個(gè)關(guān)節(jié)需要補(bǔ)償重力的扭矩值
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)，包括控制器、限幅模塊、關(guān)節(jié)驅(qū)動器和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述控制器與所述限幅模塊相連，所述限幅模塊與所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器相連，所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器與所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與機(jī)械臂相連，其特征在于在所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上設(shè)置有角度傳感器，所述角度傳感器與重力解耦模塊相連，所述重力解耦模塊與所述關(guān)節(jié)驅(qū)動器相連。
2.ー種利用權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在干，包括如下步驟第一歩、各關(guān)節(jié)驅(qū)動器從控制器獲得整定后的動作控制信號，并將動作控制信號轉(zhuǎn)化為扭矩信號，輸入到各關(guān)節(jié)驅(qū)動器對應(yīng)的各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)做出相應(yīng)的動作；同吋，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的角度傳感器實(shí)時(shí)檢測各個(gè)機(jī)械臂與其旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)點(diǎn)右水平面逆時(shí)針的夾角，并輸入給各臂對應(yīng)的重力解耦模塊中；第二步、重力解耦模塊根據(jù)カ矩平衡原理，將這些夾角進(jìn)行線性組合，得到各個(gè)關(guān)節(jié)需要補(bǔ)償重力的扭矩值
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)及控制方法，通過在各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上安裝角度傳感器，各角度傳感器將檢測到的各個(gè)機(jī)械臂與其旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)點(diǎn)右水平面逆時(shí)針的夾角實(shí)時(shí)傳回給各重力解耦模塊，重力解耦模塊把這些夾角進(jìn)行線性組合，得到各個(gè)關(guān)節(jié)需要補(bǔ)償重力的扭矩值，然后將這些扭矩值反饋輸入給各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)驅(qū)動器中與原有信號疊加。當(dāng)機(jī)械臂動作時(shí)，可以克服重力對機(jī)械臂動作的影響，簡化了機(jī)械臂的控制，實(shí)現(xiàn)了一組控制器參數(shù)可以整定動作幅值絕對值相同的機(jī)械臂動作，增加了控制器的適用性，減少了工作人員的工作強(qiáng)度。同時(shí)，本發(fā)明方法簡單，實(shí)現(xiàn)容易，控制效果優(yōu)異，進(jìn)一步提高了機(jī)械臂系統(tǒng)的控制性能。
文檔編號B25J13/00GK102554930SQ20121000719
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者劉 東, 張利, 毛聞雯, 汪平, 胡基士, 蔣啟龍, 陳彥杰 申請人:成都市新筑路橋機(jī)械股份有限公司, 西南交通大學(xué)