CN108555903A - 一种清洗液压机械臂的力控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清洗液压机械臂的力控制方法，基于清洗飞机的机械臂进行运动控制和末端力反馈控制，在机械臂清洗过程中，运动控制系统运动过程连续，位置规划在误差范围内，力控制系统实时修正末端位置，保持整个清洗过程压力恒定，清洗效果良好。

Description

一种清洗液压机械臂的力控制方法
技术领域
本发明属于工业机器人技术领域，尤其涉及一种清洗液压机械臂的力控制方法。
背景技术
目前，我国各机场及航空公司的清洗方式均为人工清洗，清洗工作量非常大且不安全。随着我国飞机数量的不断增加，清洗工作量是越来越大，为了提高劳动效率、减少劳动损伤，采用专用清洗机器人来完成飞机表面清洗将成为未来发展的趋势；为满足飞机清洗的需要，采用液压机械臂末端安装清洗设备的方式自动化清洗飞机，设计大臂展液压机械臂，机械臂末端通过压力反馈，自适应调节末端清洗设备的位置，建立机械臂力控制系统。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有技术多是对多关节液压机械臂的运动控制部分进行研究，采用多种智能控制算法，实现过程复杂，缺少工程实践经验，不能用于清洗飞机这类对安全性能要求较高的场合，不借助外在的传感器设备，整个控制过程没有力控制的调节过程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现清洗过程机械臂末端柔性控制的清洗液压机械臂的力控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种清洗液压机械臂的力控制方法，
清洗飞机的机械臂为多轴机械结构，多个轴分前后两部分，前部分轴进行运动控制，后部分轴进行自适应力控制；
运动控制部分包括正逆运动学解算、笛卡尔空间轨迹插补、关节空间轨迹插补；将规划的机械臂清洗轨迹通过插补运算，实现直线、圆弧等轨迹行走，同时规划速度、加速度，实现机械臂起停运动连续；将插补好的末端位置点，通过逆运动学解算，转换为关节空间位置；
自适应力控制部分包括力与位置转换、环境自适应模型建立、机械臂空间实现，将实时获取的力信息通过阻抗控制转换为位置信息，该位置信息是调整后的位置，需要转换到机械臂空间坐标中，进而实现末端位置的修正；阻抗控制过程中，环境模型是不断变化的，因此需要估算环境信息，根据实时力信息，建立环境模型，实现自适应阻抗控制；
将上述两种控制过程结合，将末端两轴假设为一个刚体，进行前部分轴的轨迹规划，机械臂按照规划的轨迹运动，当末端清洗设备接触飞机时，检测末端力信息，当实时压力超过额定压力的设定范围时，启动末端两轴的自适应控制系统，根据反馈的力信息，实时修正末端位置，完成整个清洗过程。
运动控制中也可直接通过关节空间插补，给定各关节位置，按照周期时间，发送给液压伺服驱动系统。
末端清洗设备接触飞机的部位设有力传感器。
清洗飞机的机械臂为九轴机械结构，前七个轴进行运动控制，后两个轴进行自适应力控制。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，在机械臂清洗过程中，运动控制系统运动过程连续，位置规划在误差范围内，力控制系统实时修正末端位置，保持整个清洗过程压力恒定，清洗效果良好，不会损坏飞机。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的清洗液压机械臂的力控制方法的原理图；
图2为图1的清洗液压机械臂的力控制方法的原理图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1-2，一种清洗液压机械臂的力控制方法，基于清洗飞机的机械臂进行运动控制和末端力反馈控制，针对机械臂九轴机械结构。设计机械臂控制系统，基于嵌入式控制器，接收力传感器实时力信息，前七个轴进行运动控制，后两个轴进行自适应力控制，与液压伺服驱动系统建立通讯，周期发送关节位置信息，控制机械臂运动，如图1所示。
运动控制部分包括正逆运动学解算、笛卡尔空间轨迹插补、关节空间轨迹插补等，将规划的机械臂清洗轨迹通过插补运算，实现直线、圆弧等轨迹行走，同时规划速度、加速度等，实现机械臂起停运动连续；将插补好的末端位置点，通过逆运动学解算，转换为关节空间位置，也可直接通过关节空间插补，给定各关节位置，按照周期时间，发送给液压伺服驱动系统。
自适应力控制部分包括力与位置转换、环境自适应模型建立、机械臂空间实现等，将实时获取的力信息通过阻抗控制转换为位置信息，该位置信息是调整后的位置，需要转换到机械臂空间坐标中，进而实现末端位置的修正；阻抗控制过程中，环境模型是不断变化的，因此需要估算环境信息，根据实时力信息，建立环境模型，实现自适应阻抗控制，即可以消除环境变化的影响，又可以减少末端轨迹的位置误差。
整个机械臂的控制系统是将上述两种控制过程结合，将末端两轴假设为一个刚体，进行前七轴的轨迹规划，机械臂按照规划的轨迹运动，当末端清洗设备接触飞机时，检测末端力信息，当实时压力超过额定压力的设定范围时，启动末端两轴的自适应控制系统，根据反馈的力信息，实时修正末端位置，完成整个清洗过程，如图2所示。
可将该控制系统运用到其他加工领域，如打磨、搬运等，根据具体加工工艺、加工特点等，调整控制过程和方法；或在末端多增加一个轴，改进力控制方法，调整末端位置和姿态，使力控制效果更好。
机械臂部分轴的自适应控制，解决大臂展机械臂的位置误差较大的问题，运动控制系统与力控制系统的结合使用，基于运动控制层的位置修正，力控制修正过程响应快，实时性强。
采用上述的方案后，在机械臂清洗过程中，运动控制系统运动过程连续，位置规划在误差范围内，力控制系统实时修正末端位置，保持整个清洗过程压力恒定，清洗效果良好。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种清洗液压机械臂的力控制方法，其特征在于，
清洗飞机的机械臂为多轴机械结构，多个轴分前后两部分，前部分轴进行运动控制，后部分轴进行自适应力控制；
运动控制部分包括正逆运动学解算、笛卡尔空间轨迹插补、关节空间轨迹插补；将规划的机械臂清洗轨迹通过插补运算，实现直线、圆弧等轨迹行走，同时规划速度、加速度，实现机械臂起停运动连续；将插补好的末端位置点，通过逆运动学解算，转换为关节空间位置；
自适应力控制部分包括力与位置转换、环境自适应模型建立、机械臂空间实现，将实时获取的力信息通过阻抗控制转换为位置信息，该位置信息是调整后的位置，需要转换到机械臂空间坐标中，进而实现末端位置的修正；阻抗控制过程中，环境模型是不断变化的，因此需要估算环境信息，根据实时力信息，建立环境模型，实现自适应阻抗控制；
将上述两种控制过程结合，将末端两轴假设为一个刚体，进行前部分轴的轨迹规划，机械臂按照规划的轨迹运动，当末端清洗设备接触飞机时，检测末端力信息，当实时压力超过额定压力的设定范围时，启动末端两轴的自适应控制系统，根据反馈的力信息，实时修正末端位置，完成整个清洗过程。
2.如权利要求1所述的清洗液压机械臂的力控制方法，其特征在于，运动控制中也可直接通过关节空间插补，给定各关节位置，按照周期时间，发送给液压伺服驱动系统。
3.如权利要求2所述的清洗液压机械臂的力控制方法，其特征在于，末端清洗设备接触飞机的部位设有力传感器。
4.如权利要求3所述的清洗液压机械臂的力控制方法，其特征在于，清洗飞机的机械臂为九轴机械结构，前七个轴进行运动控制，后两个轴进行自适应力控制。
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