機器人運動控制的增益調(diào)整裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及機器人控制領域，特別設及一種機器人運動控制的增益調(diào)整裝置及方 法。
【背景技術】
[0002] 在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機器人廣泛應用于搬運、焊接、噴漆、裝配等領域。早期的工業(yè) 機器人一般采用傳統(tǒng)的PID控制，由于機器人往往具有較大的傳動比，軌跡跟蹤精度要求 不高的情況下，可W忽略動力學的影響。但隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和科學技術的不斷進 步，機器人完成的任務也越來越復雜，特別在高精度和快速運動的場合，對機器人工作效率 和控制精度的要求已發(fā)生了質(zhì)的變化，傳統(tǒng)控制已遠遠滿足不了要求。典型的應用是機器 人抓取重物時，抓取瞬間由于負載作用，使慣量特性發(fā)生較大變化，手臂運動不能快速跟隨 給定軌跡，將使控制性能變差，甚至出現(xiàn)手臂末端"點頭"的現(xiàn)象。
[0003] 針對W上情況，典型的方法是加入機器人動力學控制。機器人操作臂的動力學建 模主要是研究各主動關節(jié)的驅(qū)動力與操作臂運動的關系。機器人操作臂是一個十分復雜的 動力學系統(tǒng)，完整的動力學模型包括機械系統(tǒng)的動態(tài)特性、關節(jié)及驅(qū)動的摩擦特性、剛體連 桿的動力學模型。機器人動力學方程的非線性特點和強禪合性使得對它的研究十分困難和 復雜。同時，由于實際測量和建模的不準確，加上負載變化、外部干擾W及大量不確定性因 素的存在，很難得到機器人實際的精確、完整的動力學模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在針對機器人運動過程中的負載突變情況（例如搬運作業(yè)），設計一種 應用于機器人運動控制的增益調(diào)整方法，直接由電機控制部分進行慣量識別與增益調(diào)整， 提高機器人作業(yè)時負載變化情況下的控制性能。 陽〇化]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術方案：
[0006] 一種機器人運動控制的增益調(diào)整裝置，包括：示教裝置、控制裝置、驅(qū)動裝置、電機 和機器人，示教裝置用于對機器人進行示教作業(yè)；控制裝置用于向驅(qū)動裝置下達運動指令； 驅(qū)動裝置根據(jù)運動指令完成負載慣量的識別，并作出負載增益調(diào)整，根據(jù)調(diào)整后的增益參 數(shù)完成對電機的驅(qū)動；電機控制機器人運動。
[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)動裝置之間通過CAN總線進行通訊。
[0009] 優(yōu)選的，驅(qū)動裝置還包括一慣量識別裝置和一增益調(diào)整裝置，慣量識別裝置根據(jù) 電機系統(tǒng)動態(tài)方程動態(tài)的檢測負載慣量的變化，通過檢測電機電流和電機轉速，采集多組 數(shù)據(jù)，運用最小二乘法獲取各軸負載慣量的辨識值；增益調(diào)整裝置，根據(jù)各軸負載慣量的辨 識值，調(diào)整各軸增益值。
[0010] 本發(fā)明還提供一種機器人運動控制的增益調(diào)整方法，包括如下步驟：
[0011] 示教裝置對機器人進行示教作業(yè)，使機器人行進到重物抓取點；
[0012] 開啟示教裝置界面上的慣量識別開關，開啟慣量識別功能；
[0013] 機器人抓取重物，檢測負載慣量的變化，獲取各軸負載慣量的辨識值；
[0014] 根據(jù)各軸負載慣量的辨識值，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、搬運后，放置重物；
[0016] 關閉慣量識別功能。
[0017] 優(yōu)選的，所述機器人抓取重物，檢測負載慣量的變化，獲取各軸負載慣量的辨識值 J。
[001引優(yōu)選的，根據(jù)各軸負載慣量的辨識值，調(diào)整各軸增益值，具體為：
[0019] 將交流電機模型轉化為直流電機模型；
[0020] 獲取電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)的參數(shù)；
[0021] 根據(jù)各軸負載慣量的辨識值，調(diào)整各軸增益參數(shù)。
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：針對典型的機器人運動（如搬運作業(yè)等），設計一種應用 于機器人運動控制的慣量識別與增益調(diào)整方法，其能夠根據(jù)運動過程中的負載突變情況， 辨識各軸慣量，并由此調(diào)整各軸增益，提高機器人控制性能。尤其在抓取重物時，通過檢測 負載的變換，修正控制參數(shù)，提高控制精度。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實施例機器人運動控制增益調(diào)整裝置結構圖；
[0024] 圖2為本實施例機器人運動控制增益調(diào)整方法流程圖； 陽0巧]圖3為本實施例交流電機系統(tǒng)動態(tài)結構圖； 陽0%] 圖4為本實施例直流電機系統(tǒng)動態(tài)結構圖；
[0027] 圖5為本實施例速度環(huán)系統(tǒng)結構圖；
[0028] 圖6為本實施例位置環(huán)系統(tǒng)結構圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結合附圖及具體實施 例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用W解釋本發(fā) 明，而不構成對本發(fā)明的限制。
[0030] 如圖1所示，機器人運動控制的增益調(diào)整裝置的結構圖，包括：示教裝置10、控制 裝置20、驅(qū)動裝置30、電機40和機器人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)動裝置30之間通過CAN總線進行通訊。示教裝置10用于對機器 人進行示教作業(yè)；控制裝置20用于向驅(qū)動裝置30下達運動指令；驅(qū)動裝置30根據(jù)運動指 令完成負載慣量的識別，并作出負載增益調(diào)整，根據(jù)調(diào)整后的增益參數(shù)完成對電機40的驅(qū) 動；電機40控制機器人50運動。
[0031] 本發(fā)明提出一種機器人運動控制的增益調(diào)整裝置，對其各組成部分及工作原理作 如下描述。
[0032] 示教裝置10,用于對機器人進行示教作業(yè)。本實施例中，操作人員通過示教裝置 10對機器人50進行作業(yè)示教，示教機器人50行進到重物抓取點時，通過示教裝置10上的 界面設置慣量識別開關變量。所述示教裝置10為一編程示教盒。
[0033] 控制裝置20接收慣量識別開關變量，向驅(qū)動裝置30下達抓取重物的運動指令。所 述控制裝置20為一機器人控制器。
[0034] 驅(qū)動裝置30根據(jù)運動指令完成負載慣量的識別，并作出負載增益調(diào)整，根據(jù)調(diào)整 后的參數(shù)完成對電機40的驅(qū)動，對重物進行抓取。
[0035] 所述驅(qū)動裝置30還包括一慣量識別裝置31和一增益調(diào)整裝置32,當機器人本體 50對重物進行抓取時，慣量識別裝置31根據(jù)電機系統(tǒng)動態(tài)方程動態(tài)的檢測負載慣量的變 化，通過檢測電機電流和電機轉速，采集多組數(shù)據(jù)，運用最小二乘法獲取各軸負載慣量的辨 識值。增益調(diào)整裝置32,根據(jù)各軸負載慣量的辨識值，調(diào)整各軸增益。所述驅(qū)動裝置30為 一伺服驅(qū)動器。
[0036] 電機40，用于控制機器人本體50運動。
[0037] 如圖2所示，本發(fā)明實施例