CN103906605B - 控制并联冗余驱动自动装置方法、相关控制装置及自动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动装置控制方法，包括框架和由多个彼此并联机械传动装置驱动的活动部件所述机械传动装置的数目严格大于活动部件的自由度数目，所述机械传动装置每个都由驱动器(2)所驱动，所述驱动器包括：固定在框架上的主体，驱动机构和位置传感器，针对每个所述驱动器，驱动器误差信号是通过比较所述驱动器测量到的位置信号和该驱动器的位置指令信号而得来，其特征在于，藉由应用代表所述机械传动装置的运动特征的数据将所述驱动器误差信号被转换为活动部件位置误差信号，即活动部件误差信号，经处理模块所处理的所述活动误差信号能够产生要应用到活动部件的力信号，藉由应用代表机械传动装置的运动特征的数据将力信号转换为驱动器的控制信号。

Description

控制并联冗余驱动自动装置方法、相关控制装置及自动装置

技术领域

本发明涉及控制并联式冗余驱动自动装置的方法与装置，以及受此类装置和/或根据此类方法进行控制的自动装置。本发明范围延伸至高速和高加速应用的冗余并联式驱动的自动装置，特别是操作用机器人。

背景技术

针对高执行频率的呆板勤务，通常都会使用自动装置来执行—尤其是操作型自动装置，称之为“并联式”，意指呈现出的型态是由数个并联式矩阵机械传动来驱动的框架和活动部件。和活动部件(工具、被移动的目标物等)的惯性相比，这种机械传动操作可以获得更大的动力。因此，可藉由这类被称为“冗余”的驱动装置来达到提升位移速度和加速度的目标，在装置含有更多驱动机械传动力的同时，空间中活动部件不会呈现自由度。举例而言，Corbel与其它人在IEEE国际自动装置与自动化大会提出“以并联运动机械(ParallelKinematic Machines；PKM)迈向100G重力加速度，冗余驱动是捡拾与放置的好方案吗？”报告第4675-4682页所说明的并联式操作器R4，包括透过四道机械传动之四个驱动器所驱动的活动部件。活动部件包括攫握工具，可依据三个自由度而在空间中移动。

藉此方法，我们了解到自动装置的并联式冗余驱动控制方法，其中活动部件的控制轨道被转换成驱动机械传动之驱动器的控制轨道。这些驱动器控制轨道在接受电子处理模块的处理前，被拿来与驱动器位置的测定相比较，电子处理模块的例子有比例-微分(PD)类和比例-积分-微分(PID)类。此处理模块以这种方式产生驱动器控制。

在某些已知方法中，会将每个驱动器预期动作所产生的调节项(有时英语称为「前馈」)加入驱动器的控制中。

然而，这些已知方法仍有许多缺点，限制了并联式冗余驱动在自动装置效能上的表现。

实际上，在具有并联式冗余驱动的自动装置中，活动部件的至少一个自由度会依至少两驱动器的位置而定。然而驱动器的调节与控制，会从驱动器本身而非活动部件的位置测定开始。如此一来，无法避免的几何误差(热源加热、制造公差、弹性等等)可以引导两个驱动器产生对立行为，以加入其每一个指令位置中(对应行动部件的控制位置)，藉此引导重要的内部机械应力发展。

这些内部机械应力，皆大于包含积分项的处理模块(或调节器)，其中积分项同时计算驱动器指令与测量位置之间的误差，并藉由两个施行相对应力的驱动器来增加机械应力。在实际作业中，必须压抑控制住此类已知自动装置的最大加速效能，以避免机械性破裂。

此外，还有例如活动部件定位不精准的缺点。事实上，驱动器很少会只到达其指令位置，其会保持活动状态，所以会在自动装置控制程序要求活动部件按静止位置指示而行时，造成活动部件小小的移动(大约是几何缺陷般的规模)。

此外，如为复杂的处理情况，要处理并联式驱动器位置中数个误差信号则需资源和大量计算时间。实际上，控制指令每个控制环的实现时间都比误差信号的处理本身要来得长。

因此发明的目标在于减少这些缺点。

发明内容

发明的目标尤其在于提出有关并联式冗余驱动自动装置的快速执行控制方法，尤其允许达到高加速度。

发明亦以提出让活动部件位置产生高精确度之方法为目的。

发明亦以提出简化自动装置并联式冗余驱动控制、缩短计算时间且可以利用普通信息运算资源执行计算之方法为目标。

发明尤其以提出可与此类自动装置之不可避免几何误差兼容的方法为目标。

此外，发明尤其以提出执行起来不昂贵、仅需软件或对控制装置进行电子修正即可的方法。

在发明的范围内，我们藉由在机械链带终端处、结合工具和/或可移动 对象和/或平盘等物的“活动部件”进行设计，其中移动动作为使用自动装置之目的。

本发明涉及一种自动装置控制方法，包括：

-框架，

-由多个机械传动装置相对于所述框架驱动的活动部件，所述机械传动装置的数目严格大于活动部件的自由度数目，所述机械传动装置彼此并联并且每个都由至少一个驱动器所驱动，所述驱动器包括：

-固定在框架上的主体，

-所述机械传动装置的驱动机构，

-用以产生信号的位置传感器，所述信号即测量到的位置信号，代表该驱动机构的位置，

所述方法，其中，针对每个所述驱动器，驱动器误差信号是通过比较所述驱动器测量到的位置信号和该驱动器的位置指令信号而得来，

其特征在于：

-藉由应用代表所述机械传动装置的运动特征的数据将所述驱动器误差信号被转换为活动部件位置误差的信号，即活动部件误差信号，

-经处理模块所处理的所述活动部件误差信号能够产生要应用到活动部件上的力信号，

-藉由应用代表机械传动装置的运动特征的数据将力信号转换为驱动器的控制信号。

根据本发明，可从任何类型的驱动器中选出发明所用的驱动器，例如旋转引擎式、千斤顶式等等。每个驱动器的主体最好静止固定于自动装置的框架上，如此来，相对于框架而言驱动装置即属活动式。

驱动器的活动式驱动装置为可以传递机械动力的活动零件：例如旋转引擎的转子、千斤顶的活动转柄等等。

机械传动装置连接到至少一个驱动器的驱动装置上，且受到驱动器牵引。每机械传动装置皆另外连接活动部件，以传动位移(或应力)给其自身。连接活动部件的机械传动装置数量，比活动部件的自由度数要高，此与并联式冗余驱动的自动装置有关，也就是说自动装置的机械传动为并联式。

因此，自动装置具有并联运动以及冗余驱动，尤其是每并联传动的驱动。自动装置特别不同于具有串联冗余驱动的自动装置，该类自动装置的驱动为一个接着一个的串联式，所以每个都会受到冗余驱动所驱动，但其中活动部件是直接机械连接到数量低于自由度数的传动装置上。

信号(指令信号、位置信号、控制信号…)最好为电子信号，尤其是数字信号。如此来，处理模块最好为电子回路，或等同于电子电路的软件。

每驱动器误差信号皆为比较驱动装置位置指令信号和该驱动装置测量到的位置信号所得来-尤其是藉由扣除法。驱动器误差信号尤其适合驱动器，如此来每驱动器皆具有一个特别针对其的相关驱动器误差。

发明处理(藉由处理模块)活动部件误差信号，而非复数的驱动器误差信号(关于驱动装置位置)。活动部件误差信号是藉由机械传动的运动模型、改变驱动器的整体信号所得来。

虽然活动部件误差信号和活动部件位置误差具有同构型，但其并不对应活动部件指令位置与活动部件真实位置之间的活动部件位置真实误差。实际上，由于驱动装置的几何缺陷，当误差的活动信号值为零时，活动部件的位置真实误差并非为零。

然而，发明人确定此方法可消除复数驱动器之间的所有驱动冲突。

本发明允许进步改进根据本发明而行的方法处理时间，尤其是以复杂的处理模块来进行处理时。实际上处理模块不处理活动部件误差信号，也不处理多个误差驱动器信号。

本发明亦允许且主要在于发送驱动器控制信号。

发明亦允许且尤其发送控制信号给非对立的驱动器，因为这些驱动器皆从相同的活动部件误差信号开始计算，因此相同的应力信号(藉由处理模块进行活动部件误差信号的处理而取得)与被施用在活动部件上的力同质。

因此，在根据本发明的方法中，驱动器位置的误差并非接受个别调正(MW1)，而是一起总合(利用活动部件藉由机械传动装置的运动模型加以平衡)接受调整。如此一来，发明者可成功消除驱动器的所有对立控制，尽管自动装置可能会有几何缺失。

因此，发明能首次取得具有可用并联式驱动、可运用最大机械牵引效 能的自动装置，而速度与加速度皆非常高。

此外，当自动装置到达指令位置所给的停止位置时，利用(驱动装置的)位置传感器以非预期的方式进行测量，可以判定出自动装置在这个既定状况中的几何缺陷。

在根据发明而行的控制方法中，自动装置的几何缺陷(尤其是因机械传动而起者)会被转到活动部件上，其中最后位置会与输入的控制位置有些微不同。

然而，活动部件的这项定位误差并无太大影响，因为并没有对活动部件的位置进行测量，通常都是最小程度的几何缺陷。这些活动部件定位的几何缺陷通常因为自动装置的几何缺陷不会累积而无足轻重。此外，在例如制造公差时间内的经常性几何缺陷，或例如因长期零件磨损而出现的变数，诱导出活动部件定位的静态误差，所以活动部件的连续相对位置是可靠的。

此外，当抵达指令位置时(带有些微几何缺陷)，驱动器确实处于停止状态，因此活动部件为完全静止。

最好且根据本发明，每个驱动器的驱动机构的位置指令信号都是藉由对代表活动部件的指令位置的信号应用代表机械传动装置的几何特征的数据而获得。

活动部件的位置指令信号通常是根据操作者希望自动装置活动部件的位移距离，而由自动装置控制程序所供应的数据。在根据本发明的方法中，连接驱动器与活动部件的机械传动几何模型，令其得以将活动部件的位置指令信号转换为驱动器位置的指令信号。

最好且根据本发明，处理模块包括PID型的调节器(比例/积分/微分)。这类PID调节器特别可藉由物理电路或信息软件来执行。

当处理模块包含积分项时，发明尤其有利。事实上，在符合本发明的方法中，活动部件误差信号是因驱动器误差信号整体的转变而来，而机械传动的运动模型永远会因驱动器的非对立位移而归零。因此在时间进程中不会因含有积分项的处理模块而产生累积效应。以此方式，当达到平衡位置时，所有驱动器皆为静止状态，所有机械性限制皆不适用。

此外，最好且根据本发明，将代表活动部件的指令加速度的信号与代 表所述活动部件的惯性的惯性系数相乘的积加到力信号上。

发明者判定，其和在经处理模块处理过后对活动部件所施加的力道，具有同质应力信号，接着可以新增一个来自活动部件位置指示的两次转向，并把和活动部件的惯性表示系数相乘的信号加到其上。因此我们得出一个按预期行动(前溃式)而成的调节环。第一次执行本发明流程时，可以藉由相对性的预期动作，将调节项直接输灌到活动部件的指令加速上。

藉由活动部件加速指示而成的此调节环，可改善自动装置的效能，尤其是在执行速度上获得快速与精确度。

最好且根据本发明，将代表每个驱动器的指令加速度的信号加到所述驱动器的控制信号上。

在符合本发明的方法中，可预设两个藉由前馈式动作成的调节环：

-第一个环将与活动部件惯性相乘的活动部件加速指令项加到应力信号上，就在处理模块处理过活动部件误差信号后，

-第二环则把至少和对应驱动装置之惯性相乘的每驱动装置的加速指令项，加到驱动器的指令信号上，就在应力信号转换为驱动器指令信号后。

此外，最好且根据本发明，活动部件的位置由矢量代表，所述矢量的维数为所述活动部件的自由度数目。

可选择参考系，其中将以矢量来代表活动部件的位置(也可以是速度和加速)，例如经典的笛卡儿参考资料框架。在活动部件乃根据单自由度(例如单转移方向)而来的情况下，其可以是一矢量对一大小(数量)。

同样地，最好且根据本发明，具有相同自由度数目的所有驱动机构，该驱动机构的位置集合皆以矩阵代表，所述矩阵的维数为驱动器的数目和所述驱动器的自由度数目。

然而，驱动器通常为仅具单自由度的驱动器(千斤顶式、旋转引擎式)，驱动器驱动装置的自由度数被减至一。

最好且根据本发明，这就是为何每个驱动装置呈现一自由度，以矢量来表示驱动装置整体的位置，其中矢量维数为驱动器的数目。

在矢量或矩阵形态下，行动部件和驱动装置的表现法和纪录尤其允许执行信号数字处理。

最好且根据本发明，这就是为何代表机械传动装置的几何特征以及运 动特征的数据以矩阵的形式示出。

因此，驱动器驱动装置的指令位置矢量发展，会因对活动部件指令位置的矢量施行机械传动的几何表现矩阵而实现。

同样地，驱动器误差信号以含有每驱动装置位置不同误差数値的矢量来进行表现与纪录。藉由施以一Jacobi矩阵(代表自动装置的运动模型),矢量被转换为将接受处理模块处理的活动部件误差矢量。

相反地，在处理模块处理过活动部件矢量后所取得、施加于活动部件之应力的矢量，藉由先前使用过的Jacobi矩阵位移而被转换成驱动器控制的矢量。

应注意，依定义而言，几何与运动矩阵(Jacobi和Jacobi的位移)不应为并联冗余自动装置中的平方，并藉由矩阵的拟倒转法则而实现其倒转。

更特别的是，根据本发明而行的方法可施加在至少雨大类并联冗余驱动式的自动装置上，其驱动器为旋转引擎。

在第一类自动装置中，引擎启动每个旋转接合关节。而机械传动通常为并联式的链接铁臂。

在第二类自动装置中，引擎启动受链线所驱动的每个机械传动装置。各种冗余驱动器之间的链线长度调节变化，致使其能够在空间中巧妙操作活动部件，尤其是依据六个自由度，并藉由链线张力而令其维持在位置上。

发明扩大至采用并联冗余驱动的冗余自动装置之控制装置，以执行根据发明而行的方法。尤其是发明扩大到一种自动装置控制装置，包括：

-框架，

-由多个机械传动装置相对于所述框架驱动的活动部件，所述机械传动装置的数目严格大于活动部件的自由度数目，所述机械传动装置彼此并联并且每个都由至少一个驱动器所驱动，所述驱动器包括：

固定在框架上的主体，

至少一个机械传动装置的至少一个驱动机构，

适用于产生代表驱动机构位置的信号的位置传感器，所述信号即测量到的位置信号，

所述自动装置控制装置还包括：

至少一个存储器，包含代表机械传动装置的几何特征的数据，

至少一个存储器，包含代表机械传动装置的运动特征的数据，

比较器模块，其适用于通过在所述驱动器的测量到的位置信号和所述驱动器的位置指令信号之间进行比较，而能够针对每个驱动器产生信号，即驱动器误差信号，

其特征在于，所述自动装置控制装置还包括：

第一模块转换器，适用于能够通过应用代表机械传动装置的运动特征的数据而产生活动部件的位置误差信号，即活动部件误差信号，

所述活动部件误差信号的处理模块，适用于能够产生要应用到活动部件的力信号，

第二模块转换器，适用于能够通过对该力信号应用代表机械传动装置的运动特征的数据而产生驱动器控制信号。

根据本发明的控制装置，可包含数个存储器或单一存储器，存储器中记录有全部的数据，尤其是机械区的几何和运动特征数据。

根据本发明而成的控制装置，最好另外包括第三模块转换器，通过对活动部件的指令位置表现信号施加传动装置几何表示数据，用以产生每个驱动器的位置指令信号。

此外，最好且根据本发明，该控制装置另外包括：

-记录在存储器中的活动部件惯性表示数据，预期采用的调节模块，以处理活动部件位置指令表现信号且包括：

因和连续时间相比较而衍生出的两个函数，以便取得活动部件加速指令表现信号，

活动部件加速表现信号与活动部件惯性表示数据相乘的函数，以取得施加于活动部件的力道信号，

-加法器模块，加总应力信号和力道信号并施加到活动部件上，以产生经校正的应力信号。

在以改善现有自动装置为目的之范围内，发明最好是简单到可在现有的自动装置上实行。实际上，藉由根据本发明的装置，其足以取代现有的电子回路，或者单纯将根据本发明的装置加到自动装置控制电路上，最简单的是在完全由电脑进行操控时，修改控制自动装置的软件。

本发明进一步延伸至冗余并联式驱动的自动装置，其中根据符合本发 明的控制方法而对自动装置执行控制，自动装置包括根据本发明而行的控制装置。

本发明同样和方法与控制装置有关，还有特色为结合上述及以下全部或部分提及之特点的自动装置。

本发明延伸至信息程序，其中包括该信息程序在信息系统上执行时、用以执行根据本发明的方法步骤的信息程序代码命令；以及包含此信息程序的信息程序产品；尤其是藉由信息系统读取的可读取式记录载体，其上纪录了信息程序，包括当该信息程序在信息系统上执行时，用以执行根据本发明的方法步骤的信息程序代码命令。

附图说明

-图1是理想的简单冗余并联式驱动的第一自动装置的示意图，

-图2是具有几何缺陷的简单冗余并联式驱动的第一自动装置的示意图，

-图3是根据本发明第一实施例的冗余并联式驱动的自动装置的控制方法的运行流程图，

-图4是根据本发明第二实施例的冗余并联式驱动的自动装置的控制方法的运行流程图，

-图5是冗余并联式驱动的第二自动装置的三维示意图。

具体实施方式

根据本发明的方法(图3与图4)可以在具有数字数据处理能力的信息系统上执行，尤其是藉由例如类的计算软件。因此，根据本发明的控制装置可以是信息系统(尤其包括至少一个中央处理器)，所述信息系统与驱动器2的位置传感器3相连接以接收信号，并与驱动器(或与驱动器相连的变电器)相连接以对其下令，该信息系统适于执行根据本发明的方法，尤其是藉由软件程序。

然而在这些方法的变化例中，不妨采用实体电子回路来执行这些方法。

而在图3与图4图中，数值Xd，Qd，Qm，△Q，△X，F，Γ，Γa，Fa均为矢量(必要时为矩阵)。特别是，和分别是驱动器整体与 活动部件整体的加速矢量；它们是通过将活动部件的位置矢量Xd与驱动器的位置矢量Qd相对于时间二次求导获得的。

活动部件5的位置指令信号Xd，被代表机械传动装置4的几何特征(因此代表每个驱动器在活动部件位置上的效应)的几何矩阵转换器，转换成驱动器的位置指令信号Qd。

此外，传感器3测量驱动器2的驱动机构的位置，并且每个传感器传送代表所执行测量的电子信号(即测量到的位置信号)。所有这些信号被重新分组于矢量Qm中。

比较矢量Qd与Qm(Qm减去Qd)，以便获得在矢量△Q中重新分组的驱动器误差信号。

如图1所示的完美冗余并联式驱动的自动装置包括沿相对于框架1的同一方向平移装配的两个线性驱动器2，所述两个线性驱动器允许装配在与框架1连成一体的滑轨上的活动部件5沿与驱动器2的平移方向平行的方向进行平移运动。活动部件5藉由例如硬杆的刚性机械传动装置4而与两个驱动器2的每一个相连接。因此，活动部件依据单自由度而移动，且藉由两个不同的机械传动装置被两个并联的驱动器所驱动，使得其确实为冗余并联式致动的自动装置。

此外，未显示的传感器3测量驱动器的相应位置q1m和q2m。相反地，活动部件的位置x不被测量并且因此是未知的。

图1所示的自动装置为理想情况。事实上，当两个驱动器中的每一个位于原始位置时(q1m＝0并且q2m＝0即Qm＝(0，0))，活动部件同样也位于其原始位置(x＝0)。因此若指令位置Xd为原始位置(Xd＝0)，则自动装置平衡(△Q＝(0，0))。驱动器不会产生冲突。

然而，在实际的自动装置中，几何缺陷是无法避免的。这就是为什么在图2中所示的冗余并联式驱动的自动装置中机械传动装置具有长度的缺陷：与图1的理想模型相比，这里的传动装置分别短了0.1和0.2。如此来，凭借着现有技术的控制方法，当活动部件的指令位置Xd＝0给定时，两个驱动器中的每一个皆会接收到重返原始位置(q1m＝0和q2m＝0)的命令，几何缺陷(△q1＝0且△q2＝0)是无法做到这点的。

一贯根据现有技术的方法，使用如图2所示的不完美自动装置，驱动 器误差信号△Q为△Q＝(-0.1，0.2)，且无法抵达平衡位置(△Q＝(0，0))。实际上，处理模块所产生的控制信号相互抵触，而驱动器将会为了重返其指令位置(q1m＝0并且q2m＝0)而彼此对抗，直到机械传动装置4或驱动器2破裂为止。

此外当处理模块9包括例如PID的积分项时，这个效应会更加突出。事实上误差△Q会在PID积分项的每个处理循环时随时间增加。

在根据本发明的如图3所示的方法中，处于代表驱动机构位置的空间中的代表驱动器误差信号△Q的矢量，被转换成处于代表活动部件位置的空间中的代表部件误差信号的矢量△X。

下列关系式呈现出从△Q到△X的转换，其中H是雅克比矩阵Jm的伪逆矩阵(欧式模数最小)：

其中和分别为活动部件5和驱动器2整体的速度矢量。

关系式(1)取决于机械传动装置4的几何特征及其位置，并因此与自动装置的运动模型相对应。

这些关系式的有效性延伸至小量的增加△Q，△X和△t(△t是短时间间隔，数量级约等于根据本发明的控制循环的处理时间)。因此：

△Q＝Jm△X (3)

△X＝H△Q (4)

然后由处理模块9处理△X，所述处理模块传送代表要施加至活动部件的力或力矩的矢量F。

在符合本发明的控制方法中，被最小化的是△X，而非△Q。然而若自动装置的设定并非直维持为△Q＝0，则总是存在至少一个△X＝0的设定。

当△X＝0时，控制信号F来自任何处理模块对矢量△X的处理。所以，被发送到驱动器的控制信号会对应于让驱动器维持不动的控制。而后者并未接收对抗抵消控制，因此中止了所有驱动遭破裂的风险。

位于处理模块9出口处的信号F，可视为代表要对活动部件所施加力(或力矩)。此力F被转换为当作驱动器控制所使用的对应力Γ(或力矩)。因此矢量F被活动部件空间的矩阵H的转置H^T转换至驱动器的空间：

Γ＝H^TF (5)

使得，当F＝0时Γ＝0。

控制信号Γ被用来控制驱动器2，且有利地被转换成驱动器的电源供应。

因此，在如图2所示，具有几何缺陷的自动装置范例中，藉由转换器6(或几何矩阵)，活动部件的指令位置X＝(0)对应驱动器的指令位置Qd＝(0，0)。然而当X＝(0)时，由驱动器位置的传感器3所执行的测量为：Qm＝(0.1，-0.2)。任何位置传感器皆不测量活动部件5的位置。

因此，借助比较器模块7(其用Qm减去Qd)，我们得到矢量△Q＝(-0.1，0.2)。

然而，图2所示的自动装置是非常简单的自动装置，使得Jm＝(1，1)，因此H＝(0.5，0.5)。

因此藉由关系式(4)，我们得到：△X＝(0.05)。

其中△X和活动部件的实际位置并无关系：实际上根据图2，已知指令X＝(0)，而当活动部件位于实际位置X＝(0)时，误差△X不为零。这导致位置传感器仅测量驱动器2的位置，并且机械传动装置的几何缺陷开始不是已知。

然而，此误差在时间过程中属静态，至少对于长期的几何缺陷(例如制造公差)来说是这样，所以行动部件在两个连续位置之间的相对位移是精确无误的。此外，若几何缺陷可能导致机器人衰废，就活动部件的位置而言，可忽略本发明所考虑的几何缺陷。

根据处理模块9取得信号F的数值△X＝(0.05)。此信号在驱动器的空间处被关系式(5)所转换，其中H^T＝(0.5，0.5)^T，所以T＝(0.5F，0.5F)。

控制信号和驱动器所发展出来的应力方向(相同信号)及强度相同，所以其移动可并容。驱动器朝图2所示的直线向移动直至：Qm＝(0.15，-0.15)，其中△Q＝(-0.15，0.15)，所以根据与H＝(0.5，0.5)的关系是：△X＝(0)。

由于△X＝(0)，所以F＝(0)。且Γ＝(0.0)。

因此，虽然驱动器指令位置(Qd＝(0，0)与其真正测得的位置(Qm＝(0.15，-0.15)之间存在着静态误差，而活动部件指令位置(Xd＝(0))与 其真实位置(X＝(0.05))也有静态误差，但自动装置达到了驱动器不会试着起重组其指令位置的平衡位置状态。所以消除了自动装置的破裂风险。

须注意，活动部件的最终位置X不等于指令位置Xd，而是稍微有些不同(X＝(5))以便取得Γ＝0。

取得△X＝(0)并将此数值输灌入处理模块9，尤其最好是后者包含积分项时。实际上，例如PID类的调节器9入口处所存在的微小误差，可迅速通向强烈对立的驱动器控制。其中发明可取得非常接近于控制位置(接近几何缺陷)的活动位置，令其得以将无效数值输灌入处理模块中。

此外，当自动装置停留在一位置时，亦可不测量活动部件5、仅测量驱动器位置，以取得自动装置的机械缺陷资料。如上列范例，我们从(q1m-q2m)＝0.15-(-0.15)＝0.3开始减少，让机械驱动的两个柄一起短于0.3，以符合我们的期望。

不妨将这项数据逐步并入方法中，以改善驱动器的控制。

最好，能藉由活动部件空间中预期动作所产生的调节环，来改善根据本发明而成的自动装置控制方法效能。

因此，如图4所示，活动部件指令位置Xd可以藉由两个连续的转轨装置13而改向两次，以便取得活动部件的指令加速Xd。接着根据活动部件的每一自由度，用活动部件惯性的表现惯性矩阵Ix乘以此指令加速，以便取得力Fa的同质项，比较加法器10将同质项加到力矢量上，并在矩阵H^T于驱动器空间内进行转换之前，应用于在处理模块9出口处取得的活动部件上。

藉由活动部件空间中之预期动作而来的此类调节环，得以改善自动装置的效能，尤其是其抵达一位置的速度，藉此改善其执行速度。

此外，可藉由驱动器空间中的此类调节回路之预期动作来设想变化例或结合。从活动部件指令位置Xd开始起动而得到的驱动器指令位置Qd，被两个连续转轨器14转向两次，以取得驱动器的指令加速Qd，接着用每驱动器惯性的表现惯性矩阵IQ与这些指令加速相乘，以取得力Γa的同质项，同质项被比较加法器12加到矩阵H^T出口处所取得的信号上，形成发送给驱动器2的控制信号。

此环亦能改善根据本发明而成的自动装置控制方法效能。

根据本发明而行的方法同样可用数据处理程序来执行，例如用以协助实时开发环境。

根据本发明而行的方法可下令给自动装置，例如图5所示。

在此自动装置中，引擎转动四个驱动器2，如此来其旋转轴和邻近的两个驱动器旋转轴呈直角。四个驱动器2的定子(sator)固定在框架1上。

在根据三个自由度—高、深与宽度—而成的空间中，自动装置包含活动盘5；举例而言，我们可藉此选出代表其在空间中位置的笛卡儿参考系。

盘5藉由四个机械传动手臂4而与四个驱动器2相连。其中四个驱动器根据三个自由度，透过四道机械传动而与盘5的位移并联，如此来即成为具有并联驱动的冗余自动装置范例。

驱动器形成传动手臂4的枢轴关节，所以我们可以针对设计驱动器的空间而称之为“关节空间”，驱动器的位置会一起出现在关节空间中。

最好藉由驱动器转子的每一联结传动手臂15其中一端而形成传动手臂4，并藉由其第二端的球形连接16连到前臂17上。每一前臂17皆从带有手臂16的球形连接18延伸而出，延伸至带有盘5的球形连接18处。如此一来，手臂15及前臂17会一起形成曲柄连杆式的传动。

最好前臂17由两个彼此灵活相连的平行柄杆所构成。这些柄杆最好呈凹形端，分别与手臂15和盘5灵活呈球形联轴节姿势。

在此类自动装置中，为了简化惯性矩阵Ix和IQ的模型化，手臂15的惯性和前臂17—半的惯性被加到对应的驱动器转子惯性上，前臂17的另一半惯性则加到活动盘5的惯性上。

这类自动装置通常配合组装在盘5上的攫握工具使用，令其得以执行物品拿取、移动和放置等操作。

本发明可为本文件中未提出的众多其它变化替代物。

本发明尤其适用于各种冗余并联驱动自动装置。例如其亦适用于活动部件藉由链线张力而与驱动器相连的自动装置，每个驱动器皆可修改将其与活动部件分开的链线长度。

根据本发明的方法尤其亦适用于不同于本文件所提范例、具有大量驱动器的自动装置，因为驱动器的数目大于活动部件的自由度数。

此外，不妨以电子回路类的物理装置来执行根据本发明的方法。

可根据本发明而有利增加许多功能。实际上可考虑使用其它预期或回归动作环、插入处理模块等做法。

此外，机械传动装置本身不妨为额外添加的驱动器，以形成连续传动-驱动链。

Claims (11)

1.一种自动装置控制方法，包括：

-框架(1)，

-由多个机械传动装置(4)根据若干自由度相对于所述框架(1)驱动的活动部件(5)，所述机械传动装置的数目严格大于活动部件的自由度数目，所述机械传动装置(4)彼此并联并且每个都由至少一个驱动器(2)所驱动，所述驱动器包括：

i固定在框架上的主体，

ii所述机械传动装置(4)的驱动机构，

iii用以产生信号的位置传感器(3)，所述信号即测量到的位置信号，代表该驱动机构的位置，

所述方法，其中，针对每个所述驱动器(2)，驱动器误差信号是通过比较所述驱动器测量到的位置信号和该驱动器的位置指令信号而得来，

其特征在于，

-藉由应用代表所述机械传动装置的运动特征的数据将所述驱动器误差信号转换为活动部件位置误差的信号，即活动部件误差信号，

-经处理模块(9)所处理的所述活动部件误差信号能够产生要应用到活动部件上的力信号，

-藉由应用代表机械传动装置(4)的运动特征的数据将力信号转换为驱动器(2)的控制信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个驱动器(2)的驱动机构的位置指令信号都是藉由对代表活动部件(5)的指令位置的信号应用代表机械传动装置(4)的几何特征的数据而获得。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，处理模块(9)包括PID型的调节器。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将代表活动部件(5)的指令加速度的信号与代表所述活动部件的惯性的惯性系数相乘的积加到力信号上。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将代表每个驱动器(2)的指令加速度的信号加到所述驱动器的控制信号上。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，活动部件(5)的位置由矢量代表，所述矢量的维数为所述活动部件的自由度数目。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具有相同自由度数目的所有驱动机构，该驱动机构的位置集合皆以矩阵代表，所述矩阵的维数为驱动器(2)的数目和所述驱动器的自由度数目。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，代表机械传动装置(4)的几何特征以及运动特征的数据以矩阵的形式示出。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，代表机械传动装置(4)的几何特征以及运动特征的数据以矩阵的形式示出。

10.一种自动装置控制装置，包括：

-框架(1)，

-由多个机械传动装置(4)相对于所述框架驱动的活动部件(5)，所述机械传动装置的数目严格大于活动部件的自由度数目，所述机械传动装置彼此并联并且每个都由至少一个驱动器(2)所驱动，所述驱动器包括：

i固定在框架上的主体，

ii至少一个机械传动装置的至少一个驱动机构，

iii适用于产生代表驱动机构位置的信号的位置传感器(3)，所述信号即测量到的位置信号，

所述自动装置控制装置还包括：

-至少一个存储器，包含代表机械传动装置(4)的几何特征的数据，

-至少一个存储器，包含代表机械传动装置(4)的运动特征的数据，

-比较器模块(7)，其适用于通过在所述驱动器的测量到的位置信号和所述驱动器的位置指令信号之间进行比较，而能够针对每个驱动器(2)产生信号，即驱动器误差信号，

其特征在于，所述自动装置控制装置还包括：

第一模块转换器，适用于能够通过应用代表机械传动装置的运动特征的数据而产生活动部件的位置误差信号，即活动部件误差信号，

所述活动部件误差信号的处理模块(9)，适用于能够产生要应用到活动部件(5)的力信号，

第二模块转换器，适用于能够通过对该力信号应用代表机械传动装置的运动特征的数据而产生驱动器控制信号。

11.一种由根据权利要求10所述的装置通过执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法进行控制的冗余并联式驱动的自动装置。