一種驅(qū)動(dòng)器非線性條件下的雙臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種驅(qū)動(dòng)器非線性條件下的雙臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控 制方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，雙臂和多臂機(jī)器人協(xié)調(diào)操作任務(wù)已經(jīng)成為機(jī)器人發(fā)展的 重要方向。當(dāng)雙臂機(jī)器人兩臂同時(shí)抓取物體時(shí)，機(jī)械臂會(huì)和物體相互作用，并在兩臂末端執(zhí) 行器和物體之間產(chǎn)生內(nèi)力。由于機(jī)械臂的相互作用和存在的內(nèi)力，雙臂機(jī)器人控制器設(shè)計(jì) 的難度要高于單機(jī)械臂。在雙臂機(jī)器人協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計(jì)方案中，分散式協(xié)調(diào)控制較為常 見(jiàn)的雙臂機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)方案。這種方案對(duì)各個(gè)機(jī)械臂獨(dú)立設(shè)計(jì)控制器，通過(guò)控制器之 間的相互通信使各機(jī)械臂協(xié)作控制目標(biāo)，分散式控制器具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、方式靈活、計(jì)算量小 等特點(diǎn)。
[0003] 雙臂機(jī)器人一般采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)系統(tǒng)中存在死區(qū)非線性現(xiàn)象，是由 于存在干摩擦、編碼器不連續(xù)等因素的影響，在伺服電機(jī)存在的一定的不靈敏度，其表現(xiàn)為 輸入信號(hào)在零點(diǎn)附近的一定范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的輸出為零。死區(qū)的寬度可以表征其不靈敏的程 度，寬度過(guò)大，會(huì)使得控制信號(hào)無(wú)法正常驅(qū)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，嚴(yán)重影響控制精度，降低控制器 性能，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
[0004] 在實(shí)際系統(tǒng)中，死區(qū)的參數(shù)存在不確定性，很難直接測(cè)量，現(xiàn)有的機(jī)器人控制系統(tǒng) 一般把這類(lèi)輸入死區(qū)當(dāng)做外部擾動(dòng)處理，較少在控制器中考慮消除輸入死區(qū)影響的方法。 而輸入死區(qū)的存在會(huì)影響控制器對(duì)伺服電機(jī)的控制，減低雙臂機(jī)器人的控制精度，使得機(jī) 器人難以精確控制物體的位置。在對(duì)精度要求較高的操作中，甚至?xí)斐杀徊僮魑矬w的變 形和損壞，影響雙臂機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，如何減少雙臂機(jī)器人中輸入死區(qū)的影響， 對(duì)雙臂機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種驅(qū)動(dòng)器非線性條 件下的雙臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法和裝置，在不確定輸入死區(qū)條件下，能夠修正控制信號(hào)，以 減少輸入死區(qū)帶來(lái)的的影響，從而提高雙臂機(jī)器人的控制精度。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明公開(kāi)一種驅(qū)動(dòng)器非線性條件下的雙臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制裝 置，包括：軌跡生成模塊、雙臂機(jī)器人控制器模塊、光滑死區(qū)逆模塊、雙臂機(jī)器人抓取物體單 元和數(shù)據(jù)讀取模塊。所述雙臂機(jī)器人具有左右兩個(gè)機(jī)械臂，機(jī)械臂各關(guān)節(jié)由伺服電機(jī)驅(qū) 動(dòng)，機(jī)械臂末端與物體相連，通過(guò)機(jī)械臂操作物體運(yùn)動(dòng)。所述軌跡生成模塊，作用是根據(jù)預(yù) 設(shè)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，生成機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡。其中，所述關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡是指關(guān)節(jié)角度和關(guān) 節(jié)角速度與時(shí)間對(duì)應(yīng)的曲線。雙臂機(jī)器人控制模塊，由模糊邏輯系統(tǒng)控制器，自適應(yīng)參數(shù)控 制器，魯棒控制器組成，作用是根據(jù)輸入的誤差信號(hào)，生成雙臂機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩的控制信 號(hào)。所述光滑死區(qū)逆模塊，包含死區(qū)斜率參數(shù)自適應(yīng)修正控制器和死區(qū)寬度參數(shù)自適應(yīng)修 正控制器，用來(lái)調(diào)整控制信號(hào)，以減低輸入死區(qū)對(duì)控制信號(hào)的影響。其中，死區(qū)寬度是指輸 入在零點(diǎn)附近使得輸出為零的輸入信號(hào)寬度，死區(qū)斜率是指死區(qū)寬度以外輸出與輸入的比 值。所述雙臂機(jī)器人抓取物體單元，由左機(jī)械臂，右機(jī)械臂，以及與兩機(jī)械臂相連的物體組 成，輸入控制力矩信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂中的伺服電機(jī)，控制機(jī)械臂操作物體運(yùn)動(dòng)。其中。機(jī)械臂 伺服電機(jī)中存在輸入死區(qū)現(xiàn)象。所述數(shù)據(jù)讀取模塊用來(lái)獲取雙臂機(jī)器人中的數(shù)據(jù)，包括關(guān) 節(jié)角度，關(guān)節(jié)速度，物體位置，物體速度，抓取內(nèi)力。其中，抓取內(nèi)力是指雙臂機(jī)器人在抓取 物體時(shí)和物體接觸擠壓形成的相互作用力。
[0008] 進(jìn)一步的，本發(fā)明公開(kāi)一種帶有驅(qū)動(dòng)器非線性的雙臂機(jī)器人的優(yōu)化運(yùn)動(dòng)控制方 法，作用是降低雙臂機(jī)器人中輸入死區(qū)的影響，提高機(jī)器人控制精度，其特征在于，包括如 下步驟：
[0009] 步驟1機(jī)器人軌跡生成模塊輸出機(jī)器人目標(biāo)位置信號(hào)。根據(jù)預(yù)設(shè)的物體運(yùn)動(dòng)期望 位置的物體期望速度，機(jī)器人軌跡生成模塊計(jì)算出相應(yīng)的關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)速度，以生成機(jī) 器人的物體運(yùn)動(dòng)軌跡，包括物體期望位置，物體期望速度，期望關(guān)節(jié)角度，期望關(guān)節(jié)速度，期 望內(nèi)力信號(hào)。
[0010] 步驟2將產(chǎn)生的物體期望位置，物體期望速度，期望關(guān)節(jié)角度，期望關(guān)節(jié)速度，期 望內(nèi)力信號(hào)與數(shù)據(jù)讀取模塊中相應(yīng)信號(hào)做差，產(chǎn)生誤差信號(hào)。
[0011] 步驟3根據(jù)輸入的誤差信號(hào)，雙臂機(jī)器人控制器輸出機(jī)器人各關(guān)節(jié)的控制力矩信 號(hào)。
[0012] 步驟4光滑死區(qū)逆模塊對(duì)控制力矩信號(hào)進(jìn)行修正，輸出修正后的控制力矩信號(hào)。
[0013] 所述第i個(gè)機(jī)械臂的第j個(gè)關(guān)節(jié)的光滑死區(qū)逆模塊為：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種驅(qū)動(dòng)器非線性條件下的雙臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法；所述雙臂機(jī)器人具有兩個(gè) 機(jī)械臂，每個(gè)機(jī)械臂具有多個(gè)關(guān)節(jié)，機(jī)械臂各關(guān)節(jié)裝有伺服電機(jī)；雙臂機(jī)器人裝由控制器對(duì) 各機(jī)械臂伺服電機(jī)進(jìn)行控制；機(jī)械臂末端與抓取物體相連，通過(guò)機(jī)械臂操作物體運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙臂機(jī)器人控制方法，其特征在于，包括：軌跡生成模塊、雙臂 機(jī)器人控制器模塊、光滑死區(qū)逆模塊、雙臂機(jī)器人抓取物體單元和數(shù)據(jù)讀取模塊；包括如下 步驟：機(jī)器人軌跡生成模塊輸出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡信號(hào)；將產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡信號(hào)與機(jī)器人實(shí) 際運(yùn)動(dòng)軌跡信號(hào)相減，產(chǎn)生誤差信號(hào)；將誤差信號(hào)輸入雙臂機(jī)器人控制器，控制器輸出機(jī)器 人各關(guān)節(jié)的控制力矩信號(hào)；光滑死區(qū)逆模塊對(duì)控制力矩信號(hào)進(jìn)行修正，輸出修正后的控制 力矩信號(hào)；將修正后控制力矩信號(hào)輸入各關(guān)節(jié)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙臂機(jī)器人機(jī)械臂， 操作物體移動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述光滑死區(qū)逆模塊，其特征在于： 所述光滑死區(qū)逆模塊為一個(gè)光滑連續(xù)函數(shù)，第i個(gè)機(jī)械臂的第j個(gè)關(guān)節(jié)的光滑死區(qū)逆 模塊表達(dá)式為：v!
'^ ) > (/ = 1,2, y = l,2,···,η) 式中，、為控制力矩信號(hào)，Vij為修正后的控制力矩信號(hào)，'，A為死區(qū)斜 率估計(jì)參數(shù)，氣，氣為死區(qū)寬度估計(jì)參數(shù)??;,)，為光滑的連續(xù)函數(shù)，
其中，g為正實(shí)數(shù)，可調(diào)整光滑函數(shù)的 形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述光滑死區(qū)逆模塊，其特征在于，光滑死區(qū)逆模塊的參數(shù)可以 通過(guò)誤差信號(hào)自適應(yīng)修正，修正算法為今，式中Λ =[?ν所Λ,，'，％Λ]/'， ω"，γ υ是設(shè)計(jì)參數(shù)，s υ是誤差信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙臂機(jī)器人控制器，其特征在于，包含模糊邏輯系統(tǒng)，自適應(yīng)參 數(shù)控制器，魯棒控制器組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述光所述數(shù)據(jù)讀取模塊，其特征在于，數(shù)據(jù)讀取模塊從雙臂機(jī)器 人系統(tǒng)讀取物體位置、物體速度、抓取內(nèi)力、機(jī)器人關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)速度數(shù)據(jù)；將所述讀取數(shù) 據(jù)傳輸?shù)娇刂苹芈?，與軌跡生成模塊輸出更新的信號(hào)做差，雙臂機(jī)器人控制器輸出更新的 控制力矩信號(hào)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種驅(qū)動(dòng)器非線性條件下的雙臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，包括：軌跡生成模塊輸出機(jī)器人的期望運(yùn)動(dòng)軌跡；期望運(yùn)動(dòng)軌跡和實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡相減產(chǎn)生誤差信號(hào)；將誤差信號(hào)輸入雙機(jī)器人控制器，產(chǎn)生控制力矩信號(hào)；光滑死區(qū)逆模塊修正控制力矩信號(hào)。將修正后的控制力矩信號(hào)輸入雙臂機(jī)器人系統(tǒng)，控制機(jī)械臂操作物體運(yùn)動(dòng)；讀取雙臂機(jī)器人系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種不確定輸入死區(qū)條件下雙臂機(jī)器人抓取物體運(yùn)動(dòng)的控制裝置。采用本發(fā)明實(shí)例，可以對(duì)雙臂機(jī)器人控制力矩信號(hào)進(jìn)行修正，提高雙臂機(jī)器人的控制精度。
【IPC分類(lèi)】B25J9-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104647379
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510031116
【發(fā)明人】劉治, 江一鳴, 章云
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月19日