CN106113036A - 一种多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多关节桁架机器人的同步控制系统，包括设置在活动关节上的驱动电机，活动关节串联设置，驱动电机设置在活动关节的驱动端，活动关节的驱动端和随动端分别设置有一个支架机构，支架机构上设置有振动传感器、加速度传感器，控制器分别与各个振动传感器和加速度传感器通讯连接。本发明还公开了一种上述多关节桁架机器人的同步控制系统的控制方法。本发明能够解决现有技术的不足，降低了检测误差对于控制进度的影响。

Description

一种多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及工厂自动化技术领域，尤其是一种多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法。
背景技术
多电机同步系统是现代工业生产中应用比较广泛的电控系统，它广泛应用于数控机床、工业缝纫机、机器人以及火控等领域。随着工业生产线自动化程度和控制精度要求的提高，对伺服控制系统的实时性、协作性和精准性也提出了更高的要求，因此越来越多地场合需要两台或者多台电机同时工作来达到保证精度、提高性能的目的。这其中，多电机同步系统最典型的应用就是工业机器人。中国发明专利CN104440910B公开了一种实现机器人双手臂同步控制的方法及系统，提高了机器人的同步控制性能。但是，这种控制系统对于检测误差没有有效的抑制手段，导致检测误差对于控制精度的影响较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，降低了检测误差对于控制进度的影响。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种多关节桁架机器人的同步控制系统，包括设置在活动关节上 的驱动电机，活动关节串联设置，驱动电机设置在活动关节的驱动端，活动关节的驱动端和随动端分别设置有一个支架机构，支架机构上设置有振动传感器、加速度传感器，控制器分别与各个振动传感器和加速度传感器通讯连接。
作为优选，所述支架机构包括固定在活动关节上的底座，底座通过两个对称设置的支撑板固定连接有顶板，支撑板与底座的夹角为65°～75°，底座和顶板之间还连接有弹簧体，弹簧体在底座和顶板之间保持压缩状态，顶板内设置有空腔，空腔填充有橡胶部，振动传感器和加速度传感器安装在顶板的顶部。
一种上述的多关节桁架机器人的同步控制系统的控制方法，包括以下步骤：
A、在机器人动作时，振动传感器和加速度传感器将测量位置的振动数据和加速度数据传输至控制器；
B、控制器将位于同一活动关节两端的振动数据图形和加速度数据图形分别进行对比，去除数据图形中差异超出阈值的数据分量；
C、将经过步骤B处理过的振动数据和加速度数据分别进行迭代处理，消除数据中的干扰分量；
D、使用经过步骤C处理过的振动数据对加速度数据进行分离处理，得出目标加速度数据；
E、控制器6使用目标加速度对各个驱动电机的转速进行调整。
作为优选，步骤C中，对于振动数据的迭代使用如下迭代函数，
F′(x)＝F(x+t)sin(ωπx)+F(x-t)sin(ωπx+k1)，
其中，ω为振动数据中占比最大的基频频率，k1为常数，t为采样时间。
作为优选，步骤C中，对于加速度数据的迭代使用如下迭代函数，
G′(x)＝G(x+t)tan(x-t)+G(x-t)tan(x+t)，
其中，t为采样时段。
作为优选，步骤D中，对加速度数据进行分离处理的处理函数为，
F ′ ′ ( x ) = Σ i = 1 n [ F ′ ( x ) - k 2 G ′ ( x + t n ) ] ,
其中，k2为常数，tn为取样点。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过设置振动传感器和加速度传感器对多关节的桁架机器人进行运动控制。支架机构可以有效过滤外部的振动干扰，从而提高传感器的检测精度。控制器通过对振动数据和加速度数据的图形对比，可以对利用同一活动关节上两类数据的差异排除其中明显的干扰信号分量。然后利用同一类数据的迭代处理，可以抑制由于串行活动关节对于误差的放大效果。最后通过振动数据对加速度数据进行分离处理，将加速度数据中包含的振动分量进行分离，从而实现了对于检测信号中干扰分量的有效剥离，提高了控制器对于驱动电机控制的精度。
附图说明
图1是本发明的一个具体实施方式的原理图。
图2是本发明的一个具体实施方式中支架机构的结构图。
图中：1、活动关节；2、驱动电机；3、支架机构4、振动传感 器；5、加速度传感器；6、控制器；7、底座；8、支撑板；9、顶板；10、弹簧体；11、空腔；12、橡胶部。
具体实施方式
参照图1-2，本发明的一个具体实施方式包括，设置在活动关节1上的驱动电机2，活动关节1串联设置，驱动电机2设置在活动关节1的驱动端，活动关节1的驱动端和随动端分别设置有一个支架机构3，支架机构3上设置有振动传感器4、加速度传感器5，控制器6分别与各个振动传感器4和加速度传感器5通讯连接。支架机构3包括固定在活动关节1上的底座7，底座7通过两个对称设置的支撑板8固定连接有顶板9，支撑板8与底座7的夹角为71°，底座7和顶板9之间还连接有弹簧体10，弹簧体10在底座7和顶板9之间保持压缩状态，顶板9内设置有空腔11，空腔11填充有橡胶部12，振动传感器4和加速度传感器5安装在顶板9的顶部。
弹簧体10的弹性系数为2300N/mm,弹簧体10的压缩量为3mm～5mm。
一种上述的多关节桁架机器人的同步控制系统的控制方法，包括以下步骤：
A、在机器人动作时，振动传感器4和加速度传感器5将测量位置的振动数据和加速度数据传输至控制器；
B、控制器6将位于同一活动关节1两端的振动数据图形和加速度数据图形分别进行对比，去除数据图形中差异超出阈值的数据分量；
C、将经过步骤B处理过的振动数据和加速度数据分别进行迭代处理，消除数据中的干扰分量；
D、使用经过步骤C处理过的振动数据对加速度数据进行分离处理，得出目标加速度数据；
E、控制器6使用目标加速度对各个驱动电机2的转速进行调整。
步骤C中，对于振动数据的迭代使用如下迭代函数，
F′(x)＝F(x+t)sin(ωπx)+F(x-t)sin(ωπx+k1)，
其中，ω为振动数据中占比最大的基频频率，k1为常数，t为采样时间。
步骤C中，对于加速度数据的迭代使用如下迭代函数，
G′(x)＝G(x+t)tan(x-t)+G(x-t)tan(x+t)，
其中，t为采样时段。
步骤D中，对加速度数据进行分离处理的处理函数为，
F ′ ′ ( x ) = Σ i = 1 n [ F ′ ( x ) - k 2 G ′ ( x + t n ) ] ,
其中，k2为常数，tn为取样点。
步骤E中，控制器6使用目标加速度对各个驱动电机2的转速进行调整时，采用闭环调整的方式，调整的传递函数为
G ( s ) = k 4 e σ I 2 π s 2 + s + k 3 ,
其中，σ为本次调整过程中加速度的预期均值，I为调整对象驱动电 机的转动惯量，k3和k4为常数。
本发明可以规避检测过程中产生的检测误差对调整过程的影响，解决了现有多关节机器人调整过程中误差在各个活动关节中的传递并快速放大的问题，提高对于多关节桁架机器人的控制精度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (6)

1.一种多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法，包括设置在活动关节(1)上的驱动电机(2)，活动关节(1)串联设置，驱动电机(2)设置在活动关节(1)的驱动端，其特征在于：活动关节(1)的驱动端和随动端分别设置有一个支架机构(3)，支架机构(3)上设置有振动传感器(4)、加速度传感器(5)，控制器(6)分别与各个振动传感器(4)和加速度传感器(5)通讯连接。
2.根据权利要求1所述的多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法,其特征在于：所述支架机构(3)包括固定在活动关节(1)上的底座(7)，底座(7)通过两个对称设置的支撑板(8)固定连接有顶板(9)，支撑板(8)与底座(7)的夹角为65°～75°，底座(7)和顶板(9)之间还连接有弹簧体(10)，弹簧体(10)在底座(7)和顶板(9)之间保持压缩状态，顶板(9)内设置有空腔(11)，空腔(11)填充有橡胶部(12)，振动传感器(4)和加速度传感器(5)安装在顶板(9)的顶部。
3.一种权利要求1-2任意一项所述的多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、在机器人动作时，振动传感器(4)和加速度传感器(5)将测量位置的振动数据和加速度数据传输至控制器；
B、控制器(6)将位于同一活动关节(1)两端的振动数据图形和加速度数据图形分别进行对比，去除数据图形中差异超出阈值的数据分量；
C、将经过步骤B处理过的振动数据和加速度数据分别进行迭代处理，消除数据中的干扰分量；
D、使用经过步骤C处理过的振动数据对加速度数据进行分离处理，得出目标加速度数据；
E、控制器(6)使用目标加速度对各个驱动电机(2)的转速进行调整。
4.根据权利要求3所述的多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法的控制方法，其特征在于：步骤C中，对于振动数据的迭代使用如下迭代函数，
F′(x)＝F(x+t)sin(ωπx)+F(x-t)sin(ωπx+k1)，
其中，ω为振动数据中占比最大的基频频率，k1为常数，t为采样时间。
5.根据权利要求3所述的多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法的控制方法，其特征在于：步骤C中，对于加速度数据的迭代使用如下迭代函数，
G′(x)＝G(x+t)tan(x-t)+G(x-t)tan(x+t)，
其中，t为采样时段。
6.根据权利要求3所述的多关节桁架机器人的同步控制系统及其控制方法的控制方法，步骤D中，对加速度数据进行分离处理的处理函数为，
F ′ ′ ( x ) = Σ i = 1 n [ F ′ ( x ) - k 2 G ′ ( x + t n ) ] ,
其中，k2为常数，tn为取样点。
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