CN112091975A - 一种自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法 - Google Patents
一种自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种机械臂运动控制方法,具体说是自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法。它先建立机械臂4个连杆的位置和姿态矩阵,通过计算得到末端执行器相对于基坐标系的位置姿态转换矩阵,即机械臂的运动学模型;再在末端执行器位置和姿态已知的情况下,通过运动学逆运算计算得到符合要求的关节期望值;最后,根据期望值和传感器采集的实际值,采用双环串级PID控制器计算控制量,控制各个关节的转动或移动即可。该方法的控制精度较高,使用范围较广。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械臂运动控制方法,具体说是自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法。
背景技术
目前,光伏清洁机器人多采用轨道式,机器人整体与光伏板接触,在轨道上运动。由于轨道的存在,导致光伏运维投入大,且轨道的建设必须和光伏板的架设同期进行;光伏阵列之间的轨道不连通,导致机器人无法自主完成所有光伏板的清洗,清洗效率低下。为了避免安装轨道式,现有技术也有自走式光伏清洁机器人。然而,现有的自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法为简易的控制方法,控制精度较低,使用范围较小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法,该方法的控制精度较高,使用范围较广。
为解决上述问题,提供以下技术方案:
本发明的自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法的特点是包括如下步骤:
步骤1:建立机械臂4个连杆的位置和姿态矩阵,通过计算得到末端执行器相对于基坐标系的位置姿态转换矩阵,即机械臂的运动学模型,具体为,
机械臂4个连杆的位置和姿态矩阵为:
其中,θ1是机械臂的大臂变幅角度,d1是机械臂的大臂长度,θ2是机械臂的小臂变幅角度,d2是机械臂的小臂长度。
机械臂的运动学模型T可以写成:
步骤2:在末端执行器位置和姿态已知的情况下,通过运动学逆运算计算得到符合要求的关节期望值,具体为,
当末端执行机构相对基坐标系的位置姿态已知时,T可表示为:
令矩阵两端对应元素相等,由步骤1中的位置和姿态矩阵公式和运动学模型公式可得:
nx=cos(θ1+θ2)
ny=sin(θ1+θ2)
px=-d2 sin(θ1+θ2)-d1 sinθ1
py=d2 cos(θ1+θ2)+d1 cosθ1
由于机械臂末端执行器的自由度为3,即两个方向上的平移和一个方向上的旋转;同时机械臂拥有4个变量关节,可以得出其中包含一个冗余关节,即其运动反解应为无穷多个,指定其中一个关节的值,即可求出其余三个关节的期望值。
令θ1=θ,θ为当前值,其余三个关节期望值为
θ2=a tan 2(ny,nx)-θ1
d2=(px+py tanθ1)/(nx tanθ1-ny);
d1=(py-d2nx)/cosθ2
步骤3:根据传感器采集的关节实际值,采用双环串级PID控制器计算控制量,控制2个关节的转动和2个关节的移动,具体为
根据关节的实际角度和期望角度计算出偏差角作为第一级PID控制器的输入e1(k)。
第一级PID控制器输出的计算公式为:
其中,Kp为比例增益,Ki为积分增益,e1(i)为i时间点下对应的误差输入,k为总采样时间点数,u1(k)为第一级PID控制器的输出。
根据第一级PID控制器输出和采集到的当前时刻角速度计算偏差作为第二级PID控制器输入;计算出第二级PID控制器积分误差和微分误差,第二级PID控制器根据第一级PID控制器输出的计算公式得出控制量即为系统的实际角度控制输出,控制两个关节的转动。
同时,根据关节的实际伸缩量和期望伸缩量计算出偏差伸缩量作为第一级PID控制器的输入e1(k);
第一级PID控制器输出的计算公式为:
其中,Kp为比例增益,Ki为积分增益,e1(i)为i时间点下对应的误差输入,k为总采样时间点数,u1(k)为第一级PID控制器的输出。
根据第一级PID控制器输出和采集到的当前时刻线速度计算偏差作为第二级PID控制器输入;计算出第二级PID控制器积分误差和微分误差,第二级PID控制器根据第一级PID控制器输出的计算公式得出控制量即为系统的实际伸缩控制输出,控制两个关节移动即可。
其中,所述双环串级PID控制器是由两个PID控制器进行串联所产生的。
采取以上方案,具有以下优点:
由于本发明的自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法的先建立机械臂4个连杆的位置和姿态矩阵,通过计算得到末端执行器相对于基坐标系的位置姿态转换矩阵,即机械臂的运动学模型;再在末端执行器位置和姿态已知的情况下,通过运动学逆运算计算得到符合要求的关节期望值;最后,根据期望值和传感器采集的实际值,采用双环串级PID控制器计算控制量,控制各个关节的转动或移动即可。这种控制方法利用双环串级PID控制器计算控制量,大大确保了控制精度,扩大了使用范围。
附图说明
图1是本发明的自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法中机械臂的结构示意图;
图2是本发明的自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法中双环串级PID控制器控制转动的原理图;
图3是本发明的自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法中双环串级PID控制器控制伸缩的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1~3所示,本发明的自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法包括如下步骤:
步骤1:建立机械臂4个连杆的位置和姿态矩阵,通过计算得到末端执行器相对于基坐标系的位置姿态转换矩阵,即机械臂的运动学模型,具体为,
机械臂4个连杆的位置和姿态矩阵为:
其中,θ1是机械臂的大臂变幅角度,d1是机械臂的大臂长度,θ2是机械臂的小臂变幅角度,d2是机械臂的小臂长度。
机械臂的运动学模型T可以写成:
步骤2:在末端执行器位置和姿态已知的情况下,通过运动学逆运算计算得到符合要求的关节期望值,具体为,
当末端执行机构相对基坐标系的位置姿态已知时,T可表示为:
令矩阵两端对应元素相等,由步骤1中的位置和姿态矩阵公式和运动学模型公式可得:
nx=cos(θ1+θ2)
ny=sin(θ1+θ2)
px=-d2 sin(θ1+θ2)-d1 sinθ1
py=d2 cos(θ1+θ2)+d1 cosθ1
由于机械臂末端执行器的自由度为3,即两个方向上的平移和一个方向上的旋转;同时机械臂拥有4个变量关节,可以得出其中包含一个冗余关节,即其运动反解应为无穷多个,指定其中一个关节的值,即可求出其余三个关节的期望值。
令θ1=θ,θ为当前值,其余三个关节期望值为
θ2=a tan 2(ny,nx)-θ1
d2=(px+py tanθ1)/(nx tanθ1-ny);
d1=(py-d2nx)/cosθ2
步骤3:根据传感器采集的关节实际值,采用双环串级PID控制器计算控制量,控制2个关节的转动和2个关节的移动,具体为
根据关节的实际角度和期望角度计算出偏差角作为第一级PID控制器的输入e1(k)。
第一级PID控制器输出的计算公式为:
其中,Kp为比例增益,Ki为积分增益,e1(i)为i时间点下对应的误差输入,k为总采样时间点数,u1(k)为第一级PID控制器的输出。
根据第一级PID控制器输出和采集到的当前时刻角速度计算偏差作为第二级PID控制器输入;计算出第二级PID控制器积分误差和微分误差,第二级PID控制器根据第一级PID控制器输出的计算公式得出控制量即为系统的实际角度控制输出,控制两个关节的转动。
同时,根据关节的实际伸缩量和期望伸缩量计算出偏差伸缩量作为第一级PID控制器的输入e1(k);
第一级PID控制器输出的计算公式为:
其中,Kp为比例增益,Ki为积分增益,e1(i)为i时间点下对应的误差输入,k为总采样时间点数,u1(k)为第一级PID控制器的输出。
根据第一级PID控制器输出和采集到的当前时刻线速度计算偏差作为第二级PID控制器输入;计算出第二级PID控制器积分误差和微分误差,第二级PID控制器根据第一级PID控制器输出的计算公式得出控制量即为系统的实际伸缩控制输出,控制两个关节移动即可。
其中,所述双环串级PID控制器是由两个PID控制器进行串联所产生的。
将两个PID控制器进行串联,可增加被控对象的反应速度,提高效率,进一步提高控制精度。
Claims (2)
1.一种自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤1:建立机械臂4个连杆的位置和姿态矩阵,通过计算得到末端执行器相对于基坐标系的位置姿态转换矩阵,即机械臂的运动学模型,具体为,
机械臂4个连杆的位置和姿态矩阵为:
其中,θ1是机械臂的大臂变幅角度,d1是机械臂的大臂长度,θ2是机械臂的小臂变幅角度,d2是机械臂的小臂长度;
机械臂的运动学模型T可以写成:
步骤2:在末端执行器位置和姿态已知的情况下,通过运动学逆运算计算得到符合要求的关节期望值,具体为,
当末端执行机构相对基坐标系的位置姿态已知时,T可表示为:
令矩阵两端对应元素相等,由步骤1中的位置和姿态矩阵公式和运动学模型公式可得:
nx=cos(θ1+θ2)
ny=sin(θ1+θ2)
px=-d2 sin(θ1+θ2)-d1 sinθ1
py=d2 cos(θ1+θ2)+d1 cosθ1
由于机械臂末端执行器的自由度为3,即两个方向上的平移和一个方向上的旋转;同时机械臂拥有4个变量关节,可以得出其中包含一个冗余关节,即其运动反解应为无穷多个,指定其中一个关节的值,即可求出其余三个关节的期望值;
令θ1=θ,θ为当前值,其余三个关节期望值为
步骤3:根据传感器采集的关节实际值,采用双环串级PID控制器计算控制量,控制2个关节的转动和2个关节的移动,具体为
根据关节的实际角度和期望角度计算出偏差角作为第一级PID控制器的输入e1(k);
第一级PID控制器输出的计算公式为:
其中,Kp为比例增益,Ki为积分增益,e1(i)为i时间点下对应的误差输入,k为总采样时间点数,u1(k)为第一级PID控制器的输出;
根据第一级PID控制器输出和采集到的当前时刻角速度计算偏差作为第二级PID控制器输入;计算出第二级PID控制器积分误差和微分误差,第二级PID控制器根据第一级PID控制器输出的计算公式得出控制量即为系统的实际角度控制输出,控制两个关节的转动。
同时,根据关节的实际伸缩量和期望伸缩量计算出偏差伸缩量作为第一级PID控制器的输入e1(k);
第一级PID控制器输出的计算公式为:
其中,Kp为比例增益,Ki为积分增益,e1(i)为i时间点下对应的误差输入,k为总采样时间点数,u1(k)为第一级PID控制器的输出;
根据第一级PID控制器输出和采集到的当前时刻线速度计算偏差作为第二级PID控制器输入;计算出第二级PID控制器积分误差和微分误差,第二级PID控制器根据第一级PID控制器输出的计算公式得出控制量即为系统的实际伸缩控制输出,控制两个关节移动即可。
2.如权利要求1所述的自走式光伏清洁机器人的机械臂运动控制方法,其特征在于所述双环串级PID控制器是由两个PID控制器进行串联所产生的。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112731954A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 机器人的运动控制方法、装置、机器人及存储介质 |
CN113175324A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-07-27 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合pid控制方法 |
CN113878585A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-01-04 | 上海景吾智能科技有限公司 | 五自由度机器人运动控制方法及系统 |
CN114504385A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-17 | 上海术航机器人有限公司 | 手术机器人末端姿态调整方法、系统、设备和介质 |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090204259A1 (en) * | 2007-08-07 | 2009-08-13 | George Danko | Control method and system for hydraulic machines employing a dynamic joint motion model |
CN104385279A (zh) * | 2014-09-26 | 2015-03-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种机械手示教方法及系统 |
CN106426124A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-22 | 青岛海豚智能装备有限公司 | 可调节长度臂的平面关节机器人 |
US20170326737A1 (en) * | 2016-05-16 | 2017-11-16 | Kurion, Inc. | System and method for a robotic manipulator system |
CN107962562A (zh) * | 2016-10-20 | 2018-04-27 | 哈尔滨工大天才智能科技有限公司 | 一种多自由度机械臂视觉伺服系统组建方法 |
CN109062115A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-21 | 长沙学院 | 一种基于双闭环控制的滚球控制方法 |
CN109333533A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-02-15 | 北京机械设备研究所 | 一种基于液压驱动的人机接触力控制方法及装置 |
CN208654640U (zh) * | 2018-06-30 | 2019-03-26 | 安徽师范大学 | 两轮平衡机器人控制系统 |
CN109562517A (zh) * | 2016-03-08 | 2019-04-02 | 易格斯有限公司 | 机器人臂 |
CN110576452A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-12-17 | 徐州市茗尧机械制造有限公司 | 适用于抓取钢板的机械臂 |
CN110682039A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-14 | 湖北东力机械科技有限公司 | 一种六维度焊接机械臂 |
CN210307815U (zh) * | 2019-06-11 | 2020-04-14 | 邵阳学院 | 可调节长度臂的平面关节机器人 |
CN111037548A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 安徽延达智能科技有限公司 | 一种折叠式9自由度液压机械臂装置 |
-
2020
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Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090204259A1 (en) * | 2007-08-07 | 2009-08-13 | George Danko | Control method and system for hydraulic machines employing a dynamic joint motion model |
CN104385279A (zh) * | 2014-09-26 | 2015-03-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种机械手示教方法及系统 |
CN109562517A (zh) * | 2016-03-08 | 2019-04-02 | 易格斯有限公司 | 机器人臂 |
US20170326737A1 (en) * | 2016-05-16 | 2017-11-16 | Kurion, Inc. | System and method for a robotic manipulator system |
CN106426124A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-22 | 青岛海豚智能装备有限公司 | 可调节长度臂的平面关节机器人 |
CN107962562A (zh) * | 2016-10-20 | 2018-04-27 | 哈尔滨工大天才智能科技有限公司 | 一种多自由度机械臂视觉伺服系统组建方法 |
CN208654640U (zh) * | 2018-06-30 | 2019-03-26 | 安徽师范大学 | 两轮平衡机器人控制系统 |
CN109062115A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-21 | 长沙学院 | 一种基于双闭环控制的滚球控制方法 |
CN109333533A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-02-15 | 北京机械设备研究所 | 一种基于液压驱动的人机接触力控制方法及装置 |
CN210307815U (zh) * | 2019-06-11 | 2020-04-14 | 邵阳学院 | 可调节长度臂的平面关节机器人 |
CN110576452A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-12-17 | 徐州市茗尧机械制造有限公司 | 适用于抓取钢板的机械臂 |
CN110682039A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-14 | 湖北东力机械科技有限公司 | 一种六维度焊接机械臂 |
CN111037548A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 安徽延达智能科技有限公司 | 一种折叠式9自由度液压机械臂装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
CSSHUKE: "Pixhawk-串级pid介绍", 《CSDN》 * |
张秀丽等: "一种基于串联弹性驱动器的柔顺机械臂设计", 《机器人》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112731954A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 机器人的运动控制方法、装置、机器人及存储介质 |
CN113175324A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-07-27 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合pid控制方法 |
CN113175324B (zh) * | 2021-04-27 | 2022-03-11 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合pid控制方法 |
CN113878585A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-01-04 | 上海景吾智能科技有限公司 | 五自由度机器人运动控制方法及系统 |
CN114504385A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-17 | 上海术航机器人有限公司 | 手术机器人末端姿态调整方法、系统、设备和介质 |
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