CN114474036B - 高效力控装置及其高效力控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效力控装置，包括驱动装置、作业工具、测距传感器和控制器，所述作业工具和驱动装置连接，驱动装置带动作业工具动作，所述测距传感器设置在作业工具上，测距传感器和驱动装置分别与控制器电连接。所述测距传感器设置在作业工具上，驱动装置以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式带动作业工具动作，当测距传感器到达其测距范围时，测距传感器发出信号至控制器，控制器令驱动装置以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式带动作业工具动作，从而使作业工具快速接近工件，接近工件时作业工具减速、减刚性接触工件，避免对工件造成冲击。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效力控方法。
背景技术
传统的力位控制机构和方法，例如“阻抗控制”当机器人末端执行机构刚性较高时，需要环境具有一定的柔性才能获得不错的响应速度。也就是说当出力相应速度极高的时候，此时末端执行机构或者外部环境必须具有一定程度上的柔性。
市面上存在着不少提升响应速度的算法但是都治标不治本。假设机械臂以极高速度冲击撞向工件时，在不存在视觉伺服时，机械臂和工件距离未知时，工件刚性未知时，不论是以何种算法必将对工件造成极大冲击。
然而当机械臂末端执行机构柔性较高时，单纯的阻抗算法已经无法精准的控制位置。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种结构简单、原理简单的一种高效力控装置。
本发明的第二目的在于提供一种高度力响应速度、精准位置控制的一种高效力控方法。
本发明的第一目的是这样实现的：
一种高效力控装置，包括驱动装置、作业工具、测距传感器和控制器，所述作业工具和驱动装置连接，驱动装置带动作业工具动作，所述测距传感器设置在作业工具上，测距传感器和驱动装置分别与控制器电连接。
所述测距传感器设置在作业工具上，驱动装置以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式带动作业工具动作，当测距传感器到达其测距范围时，测距传感器发出信号至控制器，控制器令驱动装置以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式带动作业工具动作，从而使作业工具快速接近工件，接近工件时作业工具减速、减刚性接触工件，避免对工件造成冲击。
本发明的第一目的还可以采用以下技术措施解决：
作为更具体的方案，所述作业工具为推杆或夹爪。
作为更具体的方案，所述驱动装置为伺服电机。
本发明的第二目的是这样实现的：
一种高效力控装置及其高效力控方法，包括以下步骤，
步骤一：预设工件最大承受的冲击力数值；
步骤二：设定测距传感器的测距范围为减速区段，设定大于测距传感器的测距范围为加速区段；
步骤三：设定作业工具在加速区段以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行，设定作业工具在减速区段以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式运行；
步骤四：通过调节控制器的参数调整驱动装置，令驱动装置带动作业工具按步骤三的设定方式运行；
步骤五：测距传感器进入加速区段时，控制器以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行，测距传感器进入减速区段时，测距传感器发出信号至控制器，控制器切换低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式。
通过上述步骤即可调整工件最大承受的冲击力数值，作业工具在加速区段，作业工具以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行快速接近工件，当作业工具在减速区段时，作业工具以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式运行接触工件，从而缩短作业工具接触工件的时间，而且作业工具接触工件时，工件承受的冲击力与预设的最大承受的冲击力数值相同，满足用户需求，在工件位置未知情况下、冲击的速度可以不为零，实现高度力响应速度、精准位置控制。
本发明的第二目的还可以采用以下技术措施解决：
作为更具体的方案，所述控制器为PID控制器，PID控制器的公式如下：通过提高或降低系数K，即可输出符合高闭环增益模式的控制量U或符合低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。通过上述公式，用户通过提高或降低系数K即可调节控制量U，控制器将控制U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，实现驱动装置以高闭环增益模式或低闭环增益模式运行，调节十分简单，操作容易。
作为更具体的方案，所述控制器为增量PID控制器，增量PID控制器的公式如下：通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。通过上述公式，用户通过提高或降低系数K即可调节控制量U，控制器将控制U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，实现驱动装置以高闭环增益模式或低闭环增益模式运行，调节十分简单，操作容易。
作为更具体的方案，所述控制器为更高阶的控制器，更高阶的控制器的公式如下：通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。通过上述公式，用户通过提高或降低系数K即可调节控制量U，控制器将控制U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，实现驱动装置以高闭环增益模式或低闭环增益模式运行，调节十分简单，操作容易。
作为更具体的方案，所述控制器为更高阶的自适应控制器，更高阶的自适应控制器的公式如下：通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。通过上述公式，用户通过提高或降低系数K即可调节控制量U，控制器将控制U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，实现驱动装置以高闭环增益模式或低闭环增益模式运行，调节十分简单，操作容易。
作为更具体的方案，所述e为反馈误差，通过调整e设定力和反馈力。用户通过提高或降低e，实现反馈误差调整，操作十分简单。
作为更具体的方案，所述控制量U与驱动装置的接口匹配，控制量U为位置、速度或电流。所述控制量U转变成与驱动装置的接口匹配，调整驱动装置的位置、速度或电流数值。
本发明的有益效果如下：
本发明，所述测距传感器设置在作业工具上，驱动装置以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式带动作业工具动作，当测距传感器到达其测距范围时，测距传感器发出信号至控制器，控制器令驱动装置以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式带动作业工具动作，从而使作业工具快速接近工件，接近工件时作业工具减速、减刚性接触工件，避免对工件造成冲击。
本发明，通过上述步骤即可调整工件最大承受的冲击力数值，作业工具在加速区段，作业工具以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行快速接近工件，当作业工具在减速区段时，作业工具以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式运行接触工件，从而缩短作业工具接触工件的时间，而且作业工具接触工件时，工件承受的冲击力与预设的最大承受的冲击力数值相同，满足用户需求，在工件位置未知情况下、冲击的速度可以不为零，实现高度力响应速度、精准位置控制。
本发明，通过上述公式，用户通过提高或降低系数K即可调节控制量U，控制器将控制U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，实现驱动装置
以高闭环增益模式或低闭环增益模式运行，调节十分简单，操作容易。
附图说明
图1为实施例1的推杆装置示意图。
图2为实施例1的夹爪装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
结合图1所示，实施例1，一种高效力控装置，包括驱动装置、作业工具、测距传感器3和控制器4，所述作业工具为推杆1，驱动装置为伺服电机2，测距传感器3为可调距离的线性接近传感器，所述推杆1和伺服电机2连接，伺服电机2带动推杆1伸缩，所述线性接近传感器设置在推杆1上，线性接近传感器和伺服电机2分别与控制器4电连接。
一种高效力控装置及其高效力控方法，包括以下步骤，
步骤一：预设工件6最大承受的冲击力数值；
步骤二：设定测距传感器3的测距范围为减速区段，设定大于测距传感器3的测距范围为加速区段；
步骤三：设定作业工具在加速区段以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行，设定作业工具在减速区段以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式运行；
步骤四：通过调节控制器4的参数调整驱动装置，令驱动装置带动作业工具按步骤三的设定方式运行；
步骤五：测距传感器3进入加速区段时，控制器4以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行，测距传感器3进入减速区段时，测距传感器3发出信号至控制器4，控制器4切换低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式。
所述控制器4为PID控制器4，PID控制器4的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出符合高闭环增益模式的控制量U或符合低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。
所述控制器4为增量PID控制器4，增量PID控制器4的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。
所述控制器4为更高阶的控制器4，更高阶的控制器4的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。
所述控制器4为更高阶的自适应控制器4，更高阶的自适应控制器4的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。
所述e为反馈误差，通过调整e设定力和反馈力。所述控制量U与驱动装置的接口匹配，控制量U为位置、速度或电流。
结合图2所示，实施例2，一种高效力控装置，包括驱动装置、作业工具、测距传感器3和控制器4，所述作业工具为夹爪5，驱动装置为伺服电机2，测距传感器3为可调距离的线性接近传感器，所述夹爪5和伺服电机2连接，伺服电机2带动夹爪5张开或合拢，所述线性接近传感器设置在夹爪5上，线性接近传感器和伺服电机2分别与控制器4电连接。
一种高效力控装置及其高效力控方法，包括以下步骤，
步骤一：预设工件6最大承受的冲击力数值；
步骤二：设定测距传感器3的测距范围为减速区段，设定大于测距传感器3的测距范围为加速区段；
步骤三：设定作业工具在加速区段以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行，设定作业工具在减速区段以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式运行；
步骤四：通过调节控制器4的参数调整驱动装置，令驱动装置带动作业工具按步骤三的设定方式运行；
步骤五：测距传感器3进入加速区段时，控制器4以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行，测距传感器3进入减速区段时，测距传感器3发出信号至控制器4，控制器4切换低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式。
所述控制器4为PID控制器4，PID控制器4的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出符合高闭环增益模式的控制量U或符合低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。
所述控制器4为增量PID控制器4，增量PID控制器4的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。
所述控制器4为更高阶的控制器4，更高阶的控制器4的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。
所述控制器4为更高阶的自适应控制器4，更高阶的自适应控制器4的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行。
所述e为反馈误差，通过调整e设定力和反馈力。所述控制量U与驱动装置的接口匹配，控制量U为位置、速度或电流。
Claims (9)
1.一种高效力控装置，包括驱动装置、作业工具、测距传感器和控制器，其特征在于：所述作业工具和驱动装置连接，驱动装置带动作业工具动作，所述测距传感器设置在作业工具上，测距传感器和驱动装置分别与控制器电连接；
采用所述高效力控装置的高效力控方法，包括以下步骤，
步骤一：预设工件最大承受的冲击力数值；
步骤二：设定测距传感器的测距范围为减速区段，设定大于测距传感器的测距范围为加速区段；
步骤三：设定作业工具在加速区段以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行，设定作业工具在减速区段以低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式运行；
步骤四：通过调节控制器的参数调整驱动装置，令驱动装置带动作业工具按步骤三的设定方式运行；
步骤五：测距传感器进入加速区段时，控制器以高速/高刚性/高电流给定的高闭环增益模式运行，测距传感器进入减速区段时，测距传感器发出信号至控制器，控制器切换低速/低刚性/低电流给定的底闭环增益模式。
2.根据权利要求1所述高效力控装置，其特征在于：所述作业工具为推杆或夹爪。
3.根据权利要求1所述高效力控装置，其特征在于：所述驱动装置为伺服电机。
4.根据权利要求1所述高效力控装置，其特征在于：所述控制器为PID控制器，PID控制器的公式如下：通过提高或降低系数K，即可输出符合高闭环增益模式的控制量U或符合低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，所述e为反馈误差。
5.根据权利要求1所述高效力控装置，其特征在于：所述控制器为增量PID控制器，增量PID控制器的公式如下：通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，所述e为反馈误差。
6.根据权利要求1所述高效力控装置，其特征在于：所述控制器为更高阶的控制器，更高阶的控制器的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，所述e为反馈误差。
7.根据权利要求1所述高效力控装置，其特征在于：所述控制器为更高阶的自适应控制器，更高阶的自适应控制器的公式如下：
通过提高或降低系数K，即可输出高闭环增益模式的控制量U或低闭环增益模式的控制量U，该控制量U输入驱动装置，驱动装置按控制量U运行，所述e为反馈误差。
8.根据权利要求5-6任一权利要求所述高效力控装置，其特征在于：通过调整e设定力和反馈力。
9.根据权利要求5-6任一权利要求所述高效力控装置，其特征在于：所述控制量U与驱动装置的接口匹配，控制量U为位置、速度或电流。
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