CN110281272A - 一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，涉及机械臂智能检测技术领域，本发明包括依次连接的振幅检测传感模块、模糊控制系统和控制电机模块，振幅检测传感模块搭载在机械臂末端，用于检测机械臂末端的振幅值，将所检测到的振幅值传递到模糊控制系统；模糊控制系统将接收到的振幅值模糊化，并根据预先制定的模糊规则判断控制电机模块的变化情况，输出速度控制指令到控制电机模块；控制电机模块根据接收到的速度控制指令调节自身运动情况，本发明通过振幅检测传感模块反馈振幅，通过模糊控制器控制机械臂在水平方向和竖直方向的速度来保证机械臂末端的振幅在允许的范围内，保证机械臂能快速到达指定位置进行检测，提高检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及机械臂智能检测技术领域，更具体的是涉及一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统。
背景技术
如今机械臂在工业中的应用已经相当广泛，在一些危险工作场合和一些无人操作的区域，利用机械臂搭载传感器对各种设备进行检测已经成为了一种常规的检测手段。但是由于机械臂在搭载传感器对各种设备进行检测的过程中，由于机械臂的移动导致机械臂末端产生震动，当震动很大超出了检测传感器的工作允许范围时，就会对检测的精度造成很大的影响，同时振幅过大也会缩短传感器的使用寿命。
现有的机械臂末端抑震方法，通过传感器检测机械臂末端的震动，当振幅过大时，机械臂就停止运动，直到振幅消失，但是由于震动大于临界值时机械臂就停止运动，是以停止移动来减小震动的，这就导致机械臂的运动效率非常低，需要很长时间才能使机械臂末端到达指定位置。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决机械臂末端在搭载传感器进行检测时，由于震动大于临界值需要停止机械臂运动来抑制震动，等待震动消除的时间较长，导致检测效率降低的问题，本发明提供一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，包括依次连接的振幅检测传感模块、模糊控制系统和控制电机模块，
振幅检测传感模块：搭载在机械臂末端，用于检测机械臂末端的振幅值，并将所检测到的振幅值传递到模糊控制系统；
模糊控制系统：负责将接收到的振幅值模糊化，并根据预先制定的模糊规则判断控制电机模块的变化情况，输出速度控制指令到控制电机模块；
控制电机模块：根据接收到的速度控制指令调节自身运动情况。
进一步的，所述振幅检测传感模块包括用于检测机械臂末端在水平方向上的位移的水平激光位移传感器和检测机械臂末端在竖直方向上的位移的竖直激光位移传感器，即水平激光位移传感器用于检测机械臂末端在水平方向上的振幅值，竖直激光位移传感器用于检测机械臂末端在竖直方向上的振幅值。
进一步的，所述模糊控制系统为双输入双输出系统，包括数据处理单元、模糊控制器和数据输出单元，
数据处理单元：与振幅检测传感模块连接，接收检测到的机械臂末端的振幅值，并计算得到振幅值与机械臂末端检测传感器允许的最大振幅之间的差值，将该差值转换为离散域上的模糊量后输入模糊控制器；
模糊控制器：根据预先制定的模糊规则对接收到的模糊量进行判断，输出与输入模糊量相对应的输出模糊量到数据输出单元；
数据输出单元：接收输出模糊量，并对其进行去模糊化，得到速度控制指令输出到控制电机模块。
进一步的，所述数据处理单元采用高斯隶属度函数对差值进行模糊化处理，所述高斯隶属度函数的计算公式为：
其中，c为隶属度函数曲线中值，σ为大于0的正数。
进一步的，所述数据输出单元采用加权平均法对模糊量进行去模糊化。
进一步的，所述控制电机模块包括水平电机组和竖直电机组，所述水平电机组包括水平电机驱动和水平步进电机，竖直电机组包括竖直电机驱动和竖直步进电机，水平电机驱动和竖直电机驱动分别接收模糊控制系统输出的速度控制指令，从而调节水平步进电机和竖直步进电机的转速。
本发明的工作流程为：
机械臂在移动过程中，水平激光位移传感器和竖直激光位移传感器向模糊控制系统反馈水平方向和竖直方向上的振幅，模糊控制系统通过输入量模糊化，并根据模糊规则推理输出水平步进电机和竖直步进电机转速的变化量，并将变化量去模糊化，分别通过水平电机驱动和竖直电机驱动改变水平步进电机和竖直步进电机的速度，保证振幅在允许范围内的同时，能使机械臂末端快速到达指定位置。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过水平激光位移传感器和竖直激光位移传感器反馈振幅，通过模糊控制器控制机械臂在水平方向和竖直方向的速度来保证机械臂末端的振幅在允许的范围内，同时还保证了机械臂能快速到达指定位置进行检测，提高了检测效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，包括依次连接的振幅检测传感模块、模糊控制系统和控制电机模块，
振幅检测传感模块：搭载在机械臂末端，用于检测机械臂末端的振幅值，并将所检测到的振幅值传递到模糊控制系统；
模糊控制系统：负责将接收到的振幅值模糊化，并根据预先制定的模糊规则判断控制电机模块的变化情况，输出速度控制指令到控制电机模块；
控制电机模块：根据接收到的速度控制指令调节自身运动情况。
所述振幅检测传感模块包括用于检测机械臂末端在水平方向上的位移的水平激光位移传感器和检测机械臂末端在竖直方向上的位移的竖直激光位移传感器，即水平激光位移传感器用于检测机械臂末端在水平方向上的振幅值，竖直激光位移传感器用于检测机械臂末端在竖直方向上的振幅值。
所述模糊控制系统为双输入双输出系统，包括数据处理单元、模糊控制器和数据输出单元，
数据处理单元：与振幅检测传感模块连接，接收检测到的机械臂末端的振幅值，并计算得到振幅值与机械臂末端检测传感器允许的最大振幅之间的差值，将该差值转换为离散域上的模糊量后输入模糊控制器；
模糊控制器：根据预先制定的模糊规则对接收到的模糊量进行判断，输出与输入模糊量相对应的输出模糊量到数据输出单元；
数据输出单元：接收输出模糊量，并对其进行去模糊化，得到速度控制指令输出到控制电机模块。
本实施例中，模糊控制器的输入量为水平方向和竖直方向上检测到的振幅与机械臂末端检测传感器允许的最大振幅的差值，输出量是控制机械臂在水平方向和竖直方向上移动速度的增量，设所输入的差值的模糊语言变量集为{负大，负小，零，正小，正大}，英文缩写表示为{NL，NS，O，PS，PL}，其中负大表示当前时刻的振幅远小于允许的最大振幅，负小表示当前振幅小于允许的最大振幅，O表示当前振幅等于允许的最大振幅，正小表示当前的振幅大于允许的最大振幅，正大表示当前的振幅远大于允许的最大振幅；设定模糊集合的论域，然后通过输入值范围和论域值的线性比例关系将输入值转换到论域范围内，我们将输入差值和输出模糊量的论域都设为{-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4}，然后制定隶属度函数来得到论域中元素对语言变量的隶属度，隶属度表示论域中元素对语言变量的隶属程度，例如-3属于负大的程度为0.6,属于负小的程度为0.4,属于其他程度为0,可采用最大隶属度值法，即取该值对应的最大隶属度的语言变量，求出这些隶属度值即完成了对精确量的模糊化。模糊控制的隶属度函数很多，这里采用高斯隶属度函数：
其中参数c为隶属度函数曲线中值，即对应的隶属度为1的论域中的值，σ为大于0的正数，根据实际情况确定；
设水平步进电机和竖直步进电机速度的改变量即输出的模糊语言变量集为{快速增加，增加，不变，减小，快速减小}，对应的英文缩写为{PL，PS，O，NS，NL}。由于有两个输入，且每个输入对应五种模糊状态量，因此本实施例的模糊控制器的模糊规则数为5×5＝25条，模糊规则的表述为“如果水平方向的振幅为A，竖直方向的振幅为B，则水平电机的转速增量为C，竖直电机的转速增量为D”，其中ABCD为输入输出变量对应的各自的模糊语言变量，本实施例的模糊规则根据机械臂的实际使用要求和经验制定。
并且在制定模糊规则时既要考虑到机械臂末端检测传感器的振幅不能高于允许的最大振幅，又要考虑到能让机械臂末端传感器能在最快时间内到达探测位置，例如，如果水平方向的振幅远小于允许的最大振幅，竖直方向的振幅大于允许的振幅，则水平步进电机的速度快速增大，竖直方向步进电机速度减小。这样即保证机械臂的移动速度，又保证了机械臂末端的振幅保持在允许的振幅内。
数据处理单元和数据输出单元用于输入量的模糊化和输出量的去模糊化，由于接收到的振幅量为精确的数字量，因此需要将数字量模糊化，隶属度函数是用来表述一个数字量属于某种状态量的隶属程度，例如偏差为2CM属于正大的概率为0.4,属于正小的概率为0.6；通过模糊控制器的模糊推理，我们得到的结果是输出论域中每个元素的隶属度组成的模糊集合，通过输出论域{-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4}元素值和输出的隶属度集合，即可求出对应的值，即去模糊化，本实施例在这里采用加权平均法来进行去模糊化，公式如下：
其中vi是输出论域中的元素值，ui是元素值对应的隶属度，V为最终去模糊化的结果；
所述控制电机模块包括水平电机组和竖直电机组，所述水平电机组包括水平电机驱动和水平步进电机，竖直电机组包括竖直电机驱动和竖直步进电机，水平电机驱动和竖直电机驱动分别接收模糊控制系统输出的速度控制指令，从而调节水平步进电机和竖直步进电机的转速，改变机械臂末端的震动。
本实施例的工作流程为：
机械臂在移动过程中，水平激光位移传感器和竖直激光位移传感器向模糊控制系统反馈水平方向和竖直方向上的振幅，模糊控制系统通过输入量模糊化，并根据模糊规则推理输出水平步进电机和竖直步进电机转速的变化量，并将变化量去模糊化，分别通过水平电机驱动和竖直电机驱动改变水平步进电机和竖直步进电机的速度，保证振幅在允许范围内的同时，能使机械臂末端快速到达指定位置。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，其特征在于：包括依次连接的振幅检测传感模块、模糊控制系统和控制电机模块，
振幅检测传感模块：搭载在机械臂末端，用于检测机械臂末端的振幅值，并将所检测到的振幅值传递到模糊控制系统；
模糊控制系统：负责将接收到的振幅值模糊化，并根据预先制定的模糊规则判断控制电机模块的变化情况，输出速度控制指令到控制电机模块；
控制电机模块：根据接收到的速度控制指令调节自身运动情况。
2.根据权利要求1所述的一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，其特征在于：所述振幅检测传感模块包括用于检测机械臂末端在水平方向上的位移的水平激光位移传感器和检测机械臂末端在竖直方向上的位移的竖直激光位移传感器，即水平激光位移传感器用于检测机械臂末端在水平方向上的振幅值，竖直激光位移传感器用于检测机械臂末端在竖直方向上的振幅值。
3.根据权利要求1所述的一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，其特征在于：所述模糊控制系统为双输入双输出系统，包括数据处理单元、模糊控制器和数据输出单元，
数据处理单元：与振幅检测传感模块连接，接收检测到的机械臂末端的振幅值，并计算得到振幅值与机械臂末端检测传感器允许的最大振幅之间的差值，将该差值转换为离散域上的模糊量后输入模糊控制器；
模糊控制器：根据预先制定的模糊规则对接收到的模糊量进行判断，输出与输入模糊量相对应的输出模糊量到数据输出单元；
数据输出单元：接收输出模糊量，并对其进行去模糊化，得到速度控制指令输出到控制电机模块。
4.根据权利要求3所述的一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，其特征在于：所述数据处理单元采用高斯隶属度函数对差值进行模糊化处理，所述高斯隶属度函数的计算公式为：
其中，c为隶属度函数曲线中值，σ为大于0的正数。
5.根据权利要求3所述的一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，其特征在于：所述数据输出单元采用加权平均法对模糊量进行去模糊化。
6.根据权利要求1所述的一种用于机械臂末端检测传感器的减震系统，其特征在于：所述控制电机模块包括水平电机组和竖直电机组，所述水平电机组包括水平电机驱动和水平步进电机，竖直电机组包括竖直电机驱动和竖直步进电机，水平电机驱动和竖直电机驱动分别接收模糊控制系统输出的速度控制指令，从而调节水平步进电机和竖直步进电机的转速。
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