用于控制并聯(lián)式冗余驅(qū)動自動裝置的方法，相關(guān)的控制裝置及自動裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動裝置控制方法，包括框架和由多個彼此并聯(lián)機械傳動裝置驅(qū)動的活動部件所述機械傳動裝置的數(shù)目嚴(yán)格大于活動部件的自由度數(shù)目，所述機械傳動裝置每個都由驅(qū)動器（2）所驅(qū)動，所述驅(qū)動器包括：固定在框架上的主體，驅(qū)動機構(gòu)和位置傳感器，其中，針對每個所述驅(qū)動器，驅(qū)動器誤差信號是通過比較所述驅(qū)動器測量到的位置信號和該驅(qū)動器的位置指令信號而得來，其特征在于，藉由應(yīng)用代表所述機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)將所述驅(qū)動器誤差信號被轉(zhuǎn)換為活動部件位置誤差的信號，即活動部件誤差信號，經(jīng)處理模塊所處理的所述活動誤差信號能夠產(chǎn)生要應(yīng)用到活動部件上的力信號，藉由應(yīng)用代表機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)將力信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動器的控制信號。
【專利說明】用于控制并聯(lián)式冗余驅(qū)動自動裝置的方法，相關(guān)的控制裝置及自動裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制并聯(lián)式冗余驅(qū)動自動裝置的方法與裝置，以及受此類裝置和/或根據(jù)此類方法進行控制的自動裝置。本發(fā)明范圍延伸至高速和高加速應(yīng)用的冗余并聯(lián)式驅(qū)動的自動裝置，特別是操作用機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]針對高執(zhí)行頻率的呆板勤務(wù)，通常都會使用自動裝置來執(zhí)行一尤其是操作型自動裝置，稱之為“并聯(lián)式”，意指呈現(xiàn)出的型態(tài)是由數(shù)個并聯(lián)式矩陣機械傳動來驅(qū)動的框架和活動部件。和活動部件(工具、被移動的目標(biāo)物等)的慣性相比，這種機械傳動操作可以獲得更大的動力。因此，可藉由這類被稱為“冗余”的驅(qū)動裝置來達到提升位移速度和加速度的目標(biāo)，在裝置含有更多驅(qū)動機械傳動力的同時，空間中活動部件不會呈現(xiàn)自由度。舉例而言，Corbel與其它人在IEEE國際自動裝置與自動化大會提出“以并聯(lián)運動機械(ParallelKinematic Machines ;PKM)邁向100G重力加速度,冗余驅(qū)動是撿拾與放置的好方案嗎？ ”報告第4675-4682頁所說明的并聯(lián)式操作器R4，包括透過四道機械傳動之四個驅(qū)動器所驅(qū)動的活動部件。活動部件包括攫握工具，可依據(jù)三個自由度而在空間中移動。
[0003]藉此方法，我們了解到自動裝置的并聯(lián)式冗余驅(qū)動控制方法，其中活動部件的控制軌道被轉(zhuǎn)換成驅(qū)動機械傳動之驅(qū)動器的控制軌道。這些驅(qū)動器控制軌道在接受電子處理模塊的處理前，被拿來與驅(qū)動器位置的測定相比較，電子處理模塊的例子有比例-微分(PD)類和比例-積分-微分(PID)類。此處理模塊以這種方式產(chǎn)生驅(qū)動器控制。
[0004]在某些已知方法中，會將每個驅(qū)動器預(yù)期動作所產(chǎn)生的調(diào)節(jié)項(有時英語稱為「前饋」)加入驅(qū)動器的控制中。
[0005]然而，這些已知方法仍有許多缺點，限制了并聯(lián)式冗余驅(qū)動在自動裝置效能上的表現(xiàn)。
[0006]實際上，在具有并聯(lián)式冗余驅(qū)動的自動裝置中，活動部件的至少一個自由度會依至少兩驅(qū)動器的位置而定。然而驅(qū)動器的調(diào)節(jié)與控制，會從驅(qū)動器本身而非活動部件的位置測定開始。如此一來，無法避免的幾何誤差(熱源加熱、制造公差、彈性等等)可以引導(dǎo)兩個驅(qū)動器產(chǎn)生對立行為，以加入其每一個指令位置中(對應(yīng)行動部件的控制位置)，藉此引導(dǎo)重要的內(nèi)部機械應(yīng)力發(fā)展。
[0007]這些內(nèi)部機械應(yīng)力，皆大于包含積分項的處理模塊(或調(diào)節(jié)器)，其中積分項同時計算驅(qū)動器指令與測量位置之間的誤差，并藉由兩個施行相對應(yīng)力的驅(qū)動器來增加機械應(yīng)力。在實際作業(yè)中，必須壓抑控制住此類已知自動裝置的最大加速效能，以避免機械性破
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[0008]此外，還有例如活動部件定位不精準(zhǔn)的缺點。事實上，驅(qū)動器很少會只到達其指令位置，其會保持活動狀態(tài)，所以會在自動裝置控制程序要求活動部件按靜止位置指示而行時，造成活動部件小小的移動(大約是幾何缺陷般的規(guī)模)。[0009]此外，如為復(fù)雜的處理情況，要處理并聯(lián)式驅(qū)動器位置中數(shù)個誤差信號則需資源和大量計算時間。實際上，控制指令每個控制環(huán)的實現(xiàn)時間都比誤差信號的處理本身要來得長。
[0010]因此發(fā)明的目標(biāo)在于減少這些缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明的目標(biāo)尤其在于提出有關(guān)并聯(lián)式冗余驅(qū)動自動裝置的快速執(zhí)行控制方法，尤其允許達到高加速度。
[0012]發(fā)明亦以提出讓活動部件位置產(chǎn)生高精確度之方法為目的。
[0013]發(fā)明亦以提出簡化自動裝置并聯(lián)式冗余驅(qū)動控制、縮短計算時間且可以利用普通信息運算資源執(zhí)行計算之方法為目標(biāo)。
[0014]發(fā)明尤其以提出可與此類自動裝置之不可避免幾何誤差兼容的方法為目標(biāo)。
[0015]此外，發(fā)明尤其以提出執(zhí)行起來不昂貴、僅需軟件或?qū)刂蒲b置進行電子修正即可的方法。
[0016]在發(fā)明的范圍內(nèi)，我們藉由在機械鏈帶終端處、結(jié)合工具和/或可移動對象和/或平盤等物的“活動部件”進行設(shè)計，其中移動動作為使用自動裝置之目的。
[0017]本發(fā)明涉及一種自動裝置控制方法，包括:
[0018]-框架，
[0019]-由多個機械傳動裝置相對于所述框架驅(qū)動的活動部件，所述機械傳動裝置的數(shù)目嚴(yán)格大于活動部件的自由度數(shù)目，所述機械傳動裝置彼此并聯(lián)并且每個都由至少一個驅(qū)動器所驅(qū)動，所述驅(qū)動器包括:
[0020]-固定在框架上的主體，
[0021 ]-所述機械傳動裝置的驅(qū)動機構(gòu)，
[0022]-用以產(chǎn)生信號的位置傳感器，所述信號即測量到的位置信號，代表該驅(qū)動機構(gòu)的位置，
[0023]所述方法，其中，針對每個所述驅(qū)動器，驅(qū)動器誤差信號是通過比較所述驅(qū)動器測量到的位置信號和該驅(qū)動器的位置指令信號而得來，
[0024]其特征在于:
[0025]-藉由應(yīng)用代表所述機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)將所述驅(qū)動器誤差信號被轉(zhuǎn)換為活動部件位置誤差的信號，即活動部件誤差信號，
[0026]-經(jīng)處理模塊所處理的所述活動誤差信號能夠產(chǎn)生要應(yīng)用到活動部件上的力信號，
[0027]-藉由應(yīng)用代表機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)將力信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動器的控制信號。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，可從任何類型的驅(qū)動器中選出發(fā)明所用的驅(qū)動器，例如旋轉(zhuǎn)引擎式、千斤頂式等等。每個驅(qū)動器的主體最好靜止固定于自動裝置的框架上，如此來，相對于框架而言驅(qū)動裝置即屬活動式。
[0029]驅(qū)動器的活動式驅(qū)動裝置為可以傳遞機械動力的活動零件:例如旋轉(zhuǎn)引擎的轉(zhuǎn)子、千斤頂?shù)幕顒愚D(zhuǎn)柄等等。[0030]機械傳動裝置連接到至少一個驅(qū)動器的驅(qū)動裝置上，且受到驅(qū)動器牽引。每機械傳動裝置皆另外連接活動部件，以傳動位移(或應(yīng)力)給其自身。連接活動部件的機械傳動裝置數(shù)量，比活動部件的自由度數(shù)要高，此與并聯(lián)式冗余驅(qū)動的自動裝置有關(guān)，也就是說自動裝置的機械傳動為并聯(lián)式。
[0031]因此，自動裝置具有并聯(lián)運動以及冗余驅(qū)動，尤其是每并聯(lián)傳動的驅(qū)動。自動裝置特別不同于具有串聯(lián)冗余驅(qū)動的自動裝置，該類自動裝置的驅(qū)動為一個接著一個的串聯(lián)式，所以每個都會受到冗余驅(qū)動所驅(qū)動，但其中活動部件是直接機械連接到數(shù)量低于自由度數(shù)的傳動裝置上。
[0032]信號(指令信號、位置信號、控制信號…)最好為電子信號，尤其是數(shù)字信號。如此來，處理模塊最好為電子回路，或等同于電子電路的軟件。
[0033]每驅(qū)動器誤差信號皆為比較驅(qū)動裝置位置指令信號和該驅(qū)動裝置測量到的位置信號所得來-尤其是藉由扣除法。驅(qū)動器誤差信號尤其適合驅(qū)動器，如此來每驅(qū)動器皆具有一個特別針對其的相關(guān)驅(qū)動器誤差。
[0034]發(fā)明處理(藉由處理模塊)活動誤差信號，而非復(fù)數(shù)的驅(qū)動器誤差信號(關(guān)于驅(qū)動裝置位置)?；顒诱`差信號是藉由機械傳動的運動模型、改變驅(qū)動器的整體信號所得來。
[0035]雖然活動誤差信號和活動部件位置誤差具有同構(gòu)型，但其并不對應(yīng)活動部件指令位置與活動部件真實位置之間的活動部件位置真實誤差。實際上，由于驅(qū)動裝置的幾何缺陷，當(dāng)誤差的活動信號值為零時，活動部件的位置真實誤差并非為零。
[0036]然而，發(fā)明人確定此方法可消除復(fù)數(shù)驅(qū)動器之間的所有驅(qū)動沖突。
[0037]本發(fā)明允許進步改進根據(jù)本發(fā)明而行的方法處理時間，尤其是以復(fù)雜的處理模塊來進行處理時。實際上處理模塊不處理活動誤差信號，也不處理多個誤差驅(qū)動器信號。
[0038]本發(fā)明亦允許且主要在于發(fā)送驅(qū)動器控制信號。
[0039]發(fā)明亦允許且尤其發(fā)送控制信號給非對立的驅(qū)動器，因為這些驅(qū)動器皆從相同的活動誤差信號開始計算，因此相同的應(yīng)力信號(藉由處理模塊進行活動誤差信號的處理而取得)與被施用在活動部件上的力同質(zhì)。
[0040]因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，驅(qū)動器位置的誤差并非接受個別調(diào)正(MW1)，而是一起總合(利用活動部件藉由機械傳動裝置的運動模型加以平衡)接受調(diào)整。如此一來，
【發(fā)明者】可成功消除驅(qū)動器的所有對立控制，盡管自動裝置可能會有幾何缺失。
[0041]因此，發(fā)明能首次取得具有可用并聯(lián)式驅(qū)動、可運用最大機械牽引效能的自動裝置，而速度與加速度皆非常高。
[0042]此外，當(dāng)自動裝置到達指令位置所給的停止位置時，利用(驅(qū)動裝置的)位置傳感器以非預(yù)期的方式進行測量，可以判定出自動裝置在這個既定狀況中的幾何缺陷。
[0043]在根據(jù)發(fā)明而行的控制方法中，自動裝置的幾何缺陷(尤其是因機械傳動而起者)會被轉(zhuǎn)到活動部件上，其中最后位置會與輸入的控制位置有些微不同。
[0044]然而，活動部件的這項定位誤差并無太大影響，因為并沒有對活動部件的位置進行測量，通常都是最小程度的幾何缺陷。這些活動部件定位的幾何缺陷通常因為自動裝置的幾何缺陷不會累積而無足輕重。此外，在例如制造公差時間內(nèi)的經(jīng)常性幾何缺陷，或例如因長期零件磨損而出現(xiàn)的變數(shù)，誘導(dǎo)出活動部件定位的靜態(tài)誤差，所以活動部件的連續(xù)相對位置是可靠的。[0045]此外，當(dāng)?shù)诌_指令位置時(帶有些微幾何缺陷)，驅(qū)動器確實處于停止?fàn)顟B(tài)，因此活動部件為完全靜止。
[0046]最好且根據(jù)本發(fā)明，每個驅(qū)動器的驅(qū)動機構(gòu)的位置指令信號都是藉由對代表活動部件的指令位置的信號應(yīng)用代表機械傳動裝置的幾何特征的數(shù)據(jù)而獲得。
[0047]活動部件的位置指令信號通常是根據(jù)操作者希望自動裝置活動部件的位移距離，而由自動裝置控制程序所供應(yīng)的數(shù)據(jù)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，連接驅(qū)動器與活動部件的機械傳動幾何模型，令其得以將活動部件的位置指令信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動器位置的指令信號。
[0048]最好且根據(jù)本發(fā)明，處理模塊包括PID型的調(diào)節(jié)器(比例/積分/微分)。這類PID調(diào)節(jié)器特別可藉由物理電路或信息軟件來執(zhí)行。
[0049]當(dāng)處理模塊包含積分項時，發(fā)明尤其有利。事實上，在符合本發(fā)明的方法中，活動部件誤差信號是因驅(qū)動器誤差信號整體的轉(zhuǎn)變而來，而機械傳動的運動模型永遠(yuǎn)會因驅(qū)動器的非對立位移而歸零。因此在時間進程中不會因含有積分項的處理模塊而產(chǎn)生累積效應(yīng)。以此方式，當(dāng)達到平衡位置時，所有驅(qū)動器皆為靜止?fàn)顟B(tài)，所有機械性限制皆不適用。
[0050]此外，最好且根據(jù)本發(fā)明，將代表活動部件的指令加速度的信號與代表所述活動部件的慣性的慣性系數(shù)相乘的積加到力信號上。
[0051]
【發(fā)明者】判定，其和在經(jīng)處理模塊處理過后對活動部件所施加的力道，具有同質(zhì)應(yīng)力信號，接著可以新增一個來自活動部件位置指示的兩次轉(zhuǎn)向，并把和活動部件的慣性表示系數(shù)相乘的信號加到其上。因此我們得出一個按預(yù)期行動(前潰式)而成的調(diào)節(jié)環(huán)。第一次執(zhí)行本發(fā)明流程時，可以藉由相對性的預(yù)期動作，將調(diào)節(jié)項直接輸灌到活動部件的指令加速上。
[0052]藉由活動部件加速指示而成的此調(diào)節(jié)環(huán)，可改善自動裝置的效能，尤其是在執(zhí)行速度上獲得快速與精確度。
[0053]最好且根據(jù)本發(fā)明，將代表每個驅(qū)動器的指令加速度的信號加到所述驅(qū)動器的控制信號上。
[0054]在符合本發(fā)明的方法中，可預(yù)設(shè)兩個藉由前饋式動作成的調(diào)節(jié)環(huán):
[0055]-第一個環(huán)將與活動部件慣性相乘的活動部件加速指令項加到應(yīng)力信號上，就在處理模塊處理過活動誤差信號后，
[0056]-第二環(huán)則把至少和對應(yīng)驅(qū)動裝置之慣性相乘的每驅(qū)動裝置的加速指令項，加到驅(qū)動器的指令信號上，就在應(yīng)力信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動器指令信號后。
[0057]此外，最好且根據(jù)本發(fā)明，活動部件的位置由矢量代表，所述矢量的維數(shù)為所述活動部件的自由度數(shù)目。
[0058]可選擇參考系，其中將以矢量來代表活動部件的位置(也可以是速度和加速)，例如經(jīng)典的笛卡兒參考資料框架。在活動部件乃根據(jù)單自由度(例如單轉(zhuǎn)移方向)而來的情況下，其可以是一矢量對一大小(數(shù)量)。
[0059]同樣地，最好且根據(jù)本發(fā)明，具有相同自由度數(shù)目的所有驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)的位置集合皆以矩陣代表，所述矩陣的維數(shù)為驅(qū)動器的數(shù)目和所述驅(qū)動器的自由度數(shù)目。
[0060]然而，驅(qū)動器通常為僅具單自由度的驅(qū)動器(千斤頂式、旋轉(zhuǎn)引擎式)，驅(qū)動器驅(qū)動裝置的自由度數(shù)被減至一。
[0061]最好且根據(jù)本發(fā)明，這就是為何每個驅(qū)動裝置呈現(xiàn)一自由度，以矢量來表示驅(qū)動裝置整體的位置，其中矢量維數(shù)為驅(qū)動器的數(shù)目。
[0062]在矢量或矩陣形態(tài)下，行動部件和驅(qū)動裝置的表現(xiàn)法和紀(jì)錄尤其允許執(zhí)行信號數(shù)
字處理。
[0063]最好且根據(jù)本發(fā)明，這就是為何代表機械傳動裝置的幾何特征以及運動特征的數(shù)據(jù)以矩陣的形式示出。
[0064]因此，驅(qū)動器驅(qū)動裝置的指令位置矢量發(fā)展，會因?qū)顒硬考噶钗恢玫氖噶渴┬袡C械傳動的幾何表現(xiàn)矩陣而實現(xiàn)。
[0065]同樣地，驅(qū)動器誤差信號以含有每驅(qū)動裝置位置不同誤差數(shù)値的矢量來進行表現(xiàn)與紀(jì)錄。藉由施以一 Jacobi矩陣(代表自動裝置的運動模型)，矢量被轉(zhuǎn)換為將接受處理模塊處理的活動部件誤差矢量。
[0066]相反地,在處理模塊處理過活動部件矢量后所取得、施加于活動部件之應(yīng)力的矢量，藉由先前使用過的Jacobi矩陣位移而被轉(zhuǎn)換成驅(qū)動器控制的矢量。
[0067]應(yīng)注意，依定義而言，幾何與運動矩陣(Jacobi和Jacobi的位移)不應(yīng)為并聯(lián)冗余自動裝置中的平方，并藉由矩陣的擬倒轉(zhuǎn)法則而實現(xiàn)其倒轉(zhuǎn)。
[0068]更特別的是，根據(jù)本發(fā)明而行的方法可施加在至少雨大類并聯(lián)冗余驅(qū)動式的自動裝置上，其驅(qū)動器為旋轉(zhuǎn)引擎。
[0069]在第一類自動裝置中，引擎啟動每個旋轉(zhuǎn)接合關(guān)節(jié)。而機械傳動通常為并聯(lián)式的鏈接鐵臂。
[0070]在第二類自動裝置中，引擎啟動受鏈線所驅(qū)動的每個機械傳動裝置。各種冗余驅(qū)動器之間的鏈線長度調(diào)節(jié)變化，致使其能夠在空間中巧妙操作活動部件，尤其是依據(jù)六個自由度，并藉由鏈線張力而令其維持在位置上。
[0071]發(fā)明擴大至采用并聯(lián)冗余驅(qū)動的冗余自動裝置之控制裝置，以執(zhí)行根據(jù)發(fā)明而行的方法。尤其是發(fā)明擴大到一種自動裝置控制裝置，包括:
[0072]-框架，
[0073]-由多個機械傳動裝置相對于所述框架驅(qū)動的活動部件，所述機械傳動裝置的數(shù)目嚴(yán)格大于活動部件的自由度數(shù)目，所述機械傳動裝置彼此并聯(lián)并且每個都由至少一個驅(qū)動器所驅(qū)動，所述驅(qū)動器包括:
[0074]固定在框架上的主體，
[0075]至少一個機械傳動裝置的至少一個驅(qū)動機構(gòu)，
[0076]適用于產(chǎn)生代表驅(qū)動機構(gòu)位置的信號的位置傳感器，所述信號即測量到的位置信號，
[0077]所述自動裝置控制裝置還包括:
[0078]至少一個存儲器，包含代表機械傳動裝置的幾何特征的數(shù)據(jù)，
[0079]至少一個存儲器，包含代表機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)，
[0080]比較器模塊，其適用于通過在所述驅(qū)動器的測量到的位置信號和所述驅(qū)動器的位置指令信號之間進行比較，而能夠針對每個驅(qū)動器產(chǎn)生信號，即驅(qū)動器誤差信號，
[0081]其特征在于，所述自動裝置控制裝置還包括:
[0082]第一模塊轉(zhuǎn)換器，適用于能夠通過應(yīng)用代表機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生活動部件的位置誤差信號，即活動部件誤差信號，[0083]所述活動部件誤差信號的電子處理模塊，適用于能夠產(chǎn)生要應(yīng)用到活動部件的力信號，
[0084]第二模塊轉(zhuǎn)換器，適用于能夠通過對該力信號應(yīng)用代表機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生驅(qū)動器控制信號。
[0085]根據(jù)本發(fā)明的控制裝置，可包含數(shù)個存儲器或單一存儲器，存儲器中記錄有全部的數(shù)據(jù)，尤其是機械區(qū)的幾何和運動特征數(shù)據(jù)。
[0086]根據(jù)本發(fā)明而成的控制裝置，最好另外包括第三模塊轉(zhuǎn)換器，通過對活動部件的指令位置表現(xiàn)信號施加傳動裝置幾何表示數(shù)據(jù)，用以產(chǎn)生每個驅(qū)動器的位置指令信號。
[0087]此外，最好且根據(jù)本發(fā)明，該控制裝置另外包括:
[0088]-記錄在存儲器中的活動部件慣性表示數(shù)據(jù)，預(yù)期采用的調(diào)節(jié)模塊，以處理活動部件位置指令表現(xiàn)信號且包括:
[0089]因和連續(xù)時間相比較而衍生出的兩個函數(shù)，以便取得活動部件加速指令表現(xiàn)信號，
[0090]活動部件加速表現(xiàn)信號與活動部件慣性表示數(shù)據(jù)相乘的函數(shù)，以取得施加于活動部件的力道信號，
[0091]-加法器模塊，加總應(yīng)力信號和力道信號并施加到活動部件上，以產(chǎn)生經(jīng)校正的應(yīng)力信號。
[0092]在以改善現(xiàn)有自動裝置為目的之范圍內(nèi)，發(fā)明最好是簡單到可在現(xiàn)有的自動裝置上實行。實際上，藉由根據(jù)本發(fā)明的裝置，其足以取代現(xiàn)有的電子回路，或者單純將根據(jù)本發(fā)明的裝置加到自動裝置控制電路上，最簡單的是在完全由電腦進行操控時，修改控制自動裝置的軟件。
[0093]本發(fā)明進一步延伸至冗余并聯(lián)式驅(qū)動的自動裝置，其中根據(jù)符合本發(fā)明的控制方法而對自動裝置執(zhí)行控制，自動裝置包括根據(jù)本發(fā)明而行的控制裝置。
[0094]本發(fā)明同樣和方法與控制裝置有關(guān)，還有特色為結(jié)合上述及以下全部或部分提及之特點的自動裝置。
[0095]本發(fā)明延伸至信息程序，其中包括該信息程序在信息系統(tǒng)上執(zhí)行時、用以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的信息程序代碼命令；以及包含此信息程序的信息程序產(chǎn)品；尤其是藉由信息系統(tǒng)讀取的可讀取式記錄載體，其上紀(jì)錄了信息程序，包括當(dāng)該信息程序在信息系統(tǒng)上執(zhí)行時，用以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的信息程序代碼命令。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0096]-圖1是理想的簡單冗余并聯(lián)式驅(qū)動的第一自動裝置的示意圖，
[0097]-圖2是具有幾何缺陷的簡單冗余并聯(lián)式驅(qū)動的第一自動裝置的示意圖，
[0098]-圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的冗余并聯(lián)式驅(qū)動的自動裝置的控制方法的運行流程圖，
[0099]-圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的冗余并聯(lián)式驅(qū)動的自動裝置的控制方法的運行流程圖，
[0100]-圖5是冗余并聯(lián)式驅(qū)動的第二自動裝置的三維示意圖。【具體實施方式】
[0101]根據(jù)本發(fā)明的方法(圖3與圖4)可以在具有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理能力的信息系統(tǒng)上執(zhí)行，尤其是藉由例如Matlab⑧類的計算軟件。因此，根據(jù)本發(fā)明的控制裝置可以是信息系統(tǒng)(尤其包括至少一個中央處理器)，所述信息系統(tǒng)與驅(qū)動器2的位置傳感器3相連接以接收信號，并與驅(qū)動器(或與驅(qū)動器相連的變電器)相連接以對其下令，該信息系統(tǒng)適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，尤其是藉由軟件程序。
[0102] 然而在這些方法的變化例中，不妨采用實體電子回路來執(zhí)行這些方法。
[0103]而在圖3 與圖 4 圖中，數(shù)值 Xd, Qd, Qm, AQ, Λ X,F, xd, Qdj Xd , ra，F(xiàn)a 均為矢
量(必要時為矩陣)。特別是，}^和分別是驅(qū)動器整體與活動部件整體的加速矢量;它們
是通過將活動部件的位置矢量Xd與驅(qū)動器的位置矢量Qd相對于時間二次求導(dǎo)獲得的。
[0104]活動部件5的位置指令信號Xd，被代表機械傳動裝置4的幾何特征(因此代表每個驅(qū)動器在活動部件位置上的效應(yīng))的幾何矩陣轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成驅(qū)動器的位置指令信號Qd。
[0105]此外，傳感器3測量驅(qū)動器2的驅(qū)動機構(gòu)的位置，并且每個傳感器傳送代表所執(zhí)行測量的電子信號(即測量到的位置信號)。所有這些信號被重新分組于矢量Qm中。
[0106]比較矢量Qd與Qm(Qm減去Qd)，以便獲得在矢量Λ Q中重新分組的驅(qū)動器誤差信號。
[0107]如圖1所示的完美冗余并聯(lián)式驅(qū)動的自動裝置包括沿相對于框架I的同一方向平移裝配的兩個線性驅(qū)動器2，所述兩個線性驅(qū)動器允許裝配在與框架I連成一體的滑軌上的活動部件5沿與驅(qū)動器2的平移方向平行的方向進行平移運動。活動部件5藉由例如硬桿的剛性機械傳動裝置4而與兩個驅(qū)動器2的每一個相連接。因此，活動部件依據(jù)單自由度而移動，且藉由兩個不同的機械傳動裝置被兩個并聯(lián)的驅(qū)動器所驅(qū)動，使得其確實為冗余并聯(lián)式致動的自動裝置。
[0108]此外,未顯示的傳感器3測量驅(qū)動器的相應(yīng)位置qlm和q2m。相反地,活動部件的位置X不被測量并且因此是未知的。
[0109]圖1所示的自動裝置為理想情況。事實上，當(dāng)兩個驅(qū)動器中的每一個位于原始位置時(qlm=0并且q2m=0即Qm= (O, O)),活動部件同樣也位于其原始位置(x=0)。因此若指令位置Xd為原始位置(Xd=0)，則自動裝置平衡(AQ= (0，0))。驅(qū)動器不會產(chǎn)生沖突。
[0110]然而，在實際的自動裝置中，幾何缺陷是無法避免的。這就是為什么在圖2中所示的冗余并聯(lián)式驅(qū)動的自動裝置中機械傳動裝置具有長度的缺陷:與圖1的理想模型相比，這里的傳動裝置分別短了 0.1和0.2。如此來，憑借著現(xiàn)有技術(shù)的控制方法，當(dāng)活動部件的指令位置Xd=O給定時,兩個驅(qū)動器中的每一個皆會接收到重返原始位置(qlm=0和q2m=0)的命令，幾何缺陷(Λ ql=0且Λ q2=0)是無法做到這點的。
[0111]一貫根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法，使用如圖2所示的不完美自動裝置，驅(qū)動器誤差信號Λ Q為Λ Q= (-0.1，0.2)，且無法抵達平衡位置(Λ Q= (0，0))。實際上，處理模塊所產(chǎn)生的控制信號相互抵觸，而驅(qū)動器將會為了重返其指令位置(qlm=0并且q2m=0)而彼此對抗，直到機械傳動裝置4或驅(qū)動器2破裂為止。
[0112]此外當(dāng)處理模塊9包括例如PID的積分項時，這個效應(yīng)會更加突出。事實上誤差Λ Q會在PID積分項的每個處理循環(huán)時隨時間增加。[0113]在根據(jù)本發(fā)明的如圖3所示的方法中，處于代表驅(qū)動機構(gòu)位置的空間中的代表驅(qū)動器誤差信號Λ Q的矢量，被轉(zhuǎn)換成處于代表活動部件位置的空間中的代表部件誤差信號的矢量Λ X。
[0114]下列關(guān)系式呈現(xiàn)出從Λ Q到Λ X的轉(zhuǎn)換，其中H是雅各賓矩陣Jm的偽逆矩陣(歐式模數(shù)最小):
[0115]
【權(quán)利要求】
1.一種自動裝置控制方法，包括: -框架(1)， -由多個機械傳動裝置(4)根據(jù)若干自由度相對于所述框架(1)驅(qū)動的活動部件(5)，所述機械傳動裝置的數(shù)目嚴(yán)格大于活動部件的自由度數(shù)目，所述機械傳動裝置(4)彼此并聯(lián)并且每個都由至少一個驅(qū)動器(2)所驅(qū)動，所述驅(qū)動器包括: ?固定在框架上的主體， ?所述機械傳動裝置(4)的驅(qū)動機構(gòu)， ?用以產(chǎn)生信號的位置傳感器(3)，所述信號即測量到的位置信號，代表該驅(qū)動機構(gòu)的位置， 所述方法，其中，針對每個所述驅(qū)動器(2)，驅(qū)動器誤差信號是通過比較所述驅(qū)動器測量到的位置信號和該驅(qū)動器的位置指令信號而得來， 其特征在于， ?藉由應(yīng)用代表所述機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)將所述驅(qū)動器誤差信號被轉(zhuǎn)換為活動部件位置誤差的信號，即活動部件誤差信號， ?經(jīng)處理模塊(9)所處理的所述活動誤差信號能夠產(chǎn)生要應(yīng)用到活動部件上的力信號， ?藉由應(yīng)用代表機械傳動裝置(4)的運動特征的數(shù)據(jù)將力信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動器(2)的控制信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個驅(qū)動器(2)的驅(qū)動機構(gòu)的位置指令信號都是藉由對代表活動部件(5)的指令位置的信號應(yīng)用代表機械傳動裝置(4)的幾何特征的數(shù)據(jù)而獲得。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，處理模塊(9)包括PID型的調(diào)節(jié)器。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，將代表活動部件(5)的指令加速度的信號與代表所述活動部件的慣性的慣性系數(shù)相乘的積加到力信號上。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，將代表每個驅(qū)動器(2)的指令加速度的信號加到所述驅(qū)動器的控制信號上。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，活動部件(5)的位置由矢量代表，所述矢量的維數(shù)為所述活動部件的自由度數(shù)目。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，具有相同自由度數(shù)目的所有驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)的位置集合皆以矩陣代表，所述矩陣的維數(shù)為驅(qū)動器(2)的數(shù)目和所述驅(qū)動器的自由度數(shù)目。
8.如權(quán)利要求6和7中任一項所述的方法，其特征在于，代表機械傳動裝置(4)的幾何特征以及運動特征的數(shù)據(jù)以矩陣的形式示出。
9.一種自動裝置控制裝置，包括: -框架(1)， -由多個機械傳動裝置(4)相對于所述框架驅(qū)動的活動部件(5)，所述機械傳動裝置的數(shù)目嚴(yán)格大于活動部件的自由度數(shù)目，所述機械傳動裝置彼此并聯(lián)并且每個都由至少一個驅(qū)動器(2)所驅(qū)動，所述驅(qū)動器包括: ?固定在框架上的主體，?至少一個機械傳動裝置的至少一個驅(qū)動機構(gòu)， ?適用于產(chǎn)生代表驅(qū)動機構(gòu)位置的信號的位置傳感器(3)，所述信號即測量到的位置信號， 所述自動裝置控制裝置還包括: ?至少一個存儲器，包含代表機械傳動裝置(4)的幾何特征的數(shù)據(jù)， ?至少一個存儲器，包含代表機械傳動裝置(4)的運動特征的數(shù)據(jù)， ?比較器模塊(7)，其適用于通過在所述驅(qū)動器的測量到的位置信號和所述驅(qū)動器的位置指令信號之間進行比較，而能夠針對每個驅(qū)動器(2)產(chǎn)生信號，即驅(qū)動器誤差信號，其特征在于，所述自動裝置控制裝置還包括: ?第一模塊轉(zhuǎn)換器，適用于能夠通過應(yīng)用代表機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生活動部件的位置誤差信號，即活動部件誤差信號， ?所述活動部件誤差信號的電子處理模塊(9)，適用于能夠產(chǎn)生要應(yīng)用到活動部件(5)的力信號， ?第二模塊轉(zhuǎn)換器，適用于能夠通過對該力信號應(yīng)用代表機械傳動裝置的運動特征的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生驅(qū)動器控制信號。
10.一種由根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置通過執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法進行控制的冗余并聯(lián)式驅(qū)動的自動裝置。
11.一種包含當(dāng)所述信息程序在信息系統(tǒng)上執(zhí)行時，用以執(zhí)行如權(quán)利要求1至8項中任一項所述方法步驟的信息程序代碼命令的信息程序。
12.一種可由信息系統(tǒng)讀取的可讀取式記錄載體，其上記錄有信息程序，所述信息程序包括有當(dāng)所述信息程序在信息系統(tǒng)上執(zhí)行時用以執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中任一項所述方法步驟的信息程序代碼命令。
【文檔編號】B25J9/16GK103906605SQ201280039498
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月12日
【發(fā)明者】F·皮埃羅, A·舍莫利, M·米什蘭 申請人:泰科納利亞法國公司, 國立科學(xué)研究中心