CN114932561A - 一种机器人单关节位置控制方法 - Google Patents

一种机器人单关节位置控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114932561A
CN114932561A CN202210881236.5A CN202210881236A CN114932561A CN 114932561 A CN114932561 A CN 114932561A CN 202210881236 A CN202210881236 A CN 202210881236A CN 114932561 A CN114932561 A CN 114932561A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
function
single joint
robot
defining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210881236.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114932561B (zh
Inventor
张靖棋
庹华
韩峰涛
于文进
杨春卫
姜鼎盛
刘长乐
张航
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rokae Inc
Original Assignee
Rokae Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rokae Inc filed Critical Rokae Inc
Priority to CN202210881236.5A priority Critical patent/CN114932561B/zh
Publication of CN114932561A publication Critical patent/CN114932561A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114932561B publication Critical patent/CN114932561B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1612—Programme controls characterised by the hand, wrist, grip control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明提出了一种机器人单关节位置控制方法，包括：建立机器人单关节动力学系统；根据单关节运动建模定义x的函数、目标电机端位置
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
的函数；定义一个李雅普诺夫函数
Figure 554308DEST_PATH_IMAGE002
；定义目标电机速度的函数
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE003
；根据上述参数计算得到最终控制电机加速度的控制量
Figure 608983DEST_PATH_IMAGE004
。

Description

一种机器人单关节位置控制方法
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种机器人单关节位置控制方法。
背景技术
随着工业机器人应用领域的不断扩大以及现代工业的快速发展，人们对工业机器人性能的要求越来越高，以进一步提高生产效率和产品质量，因此高速、高精度成为目前机器人控制的发展趋势。
但是目前机器人控制还面临着一些重要挑战，因为机器人是一个强非线性，强时变性，强耦合系统，且在系统建模过程中有很多的不确定性，如外部扰动，系统参数的建立和变化等。
目前机器人主要采用单关节伺服传统三环PI控制方法。该方法是目前使用最普遍的控制方法，无需控制模型，通过纠正偏差达到指令目标。但是由于机器人单关节的柔性，会产生很大的位置误差和力矩误差，期望外的过度过程，甚至影响系统的稳定性。所以机器人单关节的高速度高精度仍然是现代机器人控制面临的挑战。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种机器人单关节位置控制方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种机器人单关节位置控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，建立机器人单关节动力学系统；其中，所述机器人单关节动力学系统模型如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
Figure 526502DEST_PATH_IMAGE002
其中：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
：连杆端角度；
Figure 232289DEST_PATH_IMAGE004
：电机端角度；
Figure 567456DEST_PATH_IMAGE005
: 连杆端惯量；
Figure 296377DEST_PATH_IMAGE006
：连杆端科氏力项；
Figure 686776DEST_PATH_IMAGE007
：连杆刚度；
Figure 184754DEST_PATH_IMAGE008
：电机端惯量；
Figure 753138DEST_PATH_IMAGE009
：电机端阻尼；
Figure 969356DEST_PATH_IMAGE010
：电机端出力；
步骤S2，根据单关节运动建模定义x的函数、目标电机端位置
Figure 851861DEST_PATH_IMAGE011
的函数；
步骤S3，定义一个李雅普诺夫函数
Figure 751815DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 694364DEST_PATH_IMAGE013
Figure 194615DEST_PATH_IMAGE014
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
Figure 615232DEST_PATH_IMAGE016
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
：为负定义的函数；
Figure 399386DEST_PATH_IMAGE018
：非负常数，用来表示系统的不确定性；Xd : 笛卡尔空间位置指令；Qd : 连杆端目标位置；Ex : 笛卡尔空间位置误差；E1 : 连杆端位置误差；E2 : 连杆端速度误差；
步骤S4，定义目标电机速度的函数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
；
步骤S5，根据上述参数计算得到最终控制电机加速度的控制量
Figure 309574DEST_PATH_IMAGE020
。
进一步，在所述步骤S2中，所述根据单关节运动建模定义
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
的函数，及目标电机端位置
Figure 844591DEST_PATH_IMAGE022
的函数，包括：
Figure 68899DEST_PATH_IMAGE023
Figure 395975DEST_PATH_IMAGE024
；
f : 笛卡尔空间速度的运动学模型，通过单关节的位置时间和结构特性建立的函数；
G : 目标位置的运动学模型，通过单关节的位置时间和结构特性建立的函数；
t : 时间变量。
进一步，在所述步骤S4中，所述定义目标电机速度的函数
Figure 991911DEST_PATH_IMAGE019
，包括：
Figure 404437DEST_PATH_IMAGE025
；
其中：
Figure 229174DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 410757DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 866009DEST_PATH_IMAGE028
：可调参数，调整电机位置收敛速度的正数。
进一步，在所述步骤S4中，所述计算得到最终控制电机加速度的控制量
Figure 313302DEST_PATH_IMAGE020
，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
其中，
Figure 879412DEST_PATH_IMAGE030
：可调参数，调整电机速度收敛速度的正数。
根据本发明实施例的机器人单关节位置控制方法，通过机器人加入电机端目标速度控制的单关节位置控制策略，考虑关节刚度，用以提升控制精度。通过单关节动力学控制单关节连杆的加速度，来精确控制位置。本发明通过对单关节建模，提高了单关节位置的控制精度。本发明设计应用于机器人单关节的位置控制。 通过李雅普诺夫函数和电机目标速度控制的加入提高系统的控制精度和稳定性。综合后显著提高了系统的精度和稳定性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的机器人单关节位置控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的机器人单关节位置控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，建立机器人单关节动力学系统；其中，机器人单关节动力学系统模型如下：
Figure 977818DEST_PATH_IMAGE001
Figure 603972DEST_PATH_IMAGE002
其中：
Figure 302675DEST_PATH_IMAGE003
：连杆端角度；
Figure 406897DEST_PATH_IMAGE004
：电机端角度；
Figure 563072DEST_PATH_IMAGE005
: 连杆端惯量；
Figure 219181DEST_PATH_IMAGE006
：连杆端科氏力项；
Figure 828017DEST_PATH_IMAGE007
：连杆刚度；
Figure 814559DEST_PATH_IMAGE008
：电机端惯量；
Figure 825240DEST_PATH_IMAGE009
：电机端阻尼；
Figure 793196DEST_PATH_IMAGE010
：电机端出力。
步骤S2，根据单关节运动建模定义x的函数、目标电机端位置
Figure 951645DEST_PATH_IMAGE011
的函数。
具体的，根据单关节运动建模定义
Figure 397670DEST_PATH_IMAGE021
的函数，及目标电机端位置
Figure 840022DEST_PATH_IMAGE022
的函数，包括：
Figure 713300DEST_PATH_IMAGE023
Figure 296728DEST_PATH_IMAGE024
。
f : 笛卡尔空间速度的运动学模型，通过单关节的位置时间和结构特性建立的函数；
G : 目标位置的运动学模型，通过单关节的位置时间和结构特性建立的函数；
t : 时间变量。
步骤S3，定义一个李雅普诺夫函数
Figure 608760DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 594034DEST_PATH_IMAGE013
Figure 903793DEST_PATH_IMAGE014
Figure 584304DEST_PATH_IMAGE015
Figure 168869DEST_PATH_IMAGE016
Figure 743070DEST_PATH_IMAGE017
：为负定义的函数；
Figure 269735DEST_PATH_IMAGE018
：非负常数，用来表示系统的不确定性；Xd : 笛卡尔空间位置指令；Qd : 连杆端目标位置；Ex : 笛卡尔空间位置误差；E1 : 连杆端位置误差；E2 : 连杆端速度误差。
步骤S4，定义目标电机速度的函数
Figure 562176DEST_PATH_IMAGE019
。
具体的，定义目标电机速度的函数
Figure 481590DEST_PATH_IMAGE019
，包括：
Figure 175877DEST_PATH_IMAGE025
；
其中：
Figure 827438DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 685804DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 81013DEST_PATH_IMAGE031
：可调参数，调整电机位置收敛速度的正数。
步骤S5，根据上述参数计算得到最终控制电机加速度的控制量
Figure 692123DEST_PATH_IMAGE020
。
具体的，计算得到最终控制电机加速度的控制量
Figure 780165DEST_PATH_IMAGE020
，包括：
Figure 47198DEST_PATH_IMAGE029
其中，
Figure 26524DEST_PATH_IMAGE030
：可调参数，调整电机速度收敛速度的正数。
根据本发明实施例的机器人单关节位置控制方法，通过机器人加入电机端目标速度控制的单关节位置控制策略，考虑关节刚度，用以提升控制精度。通过单关节动力学控制单关节连杆的加速度，来精确控制位置。本发明通过对单关节建模，提高了单关节位置的控制精度。本发明设计应用于机器人单关节的位置控制。 通过李雅普诺夫函数和电机目标速度控制的加入提高系统的控制精度和稳定性。综合后显著提高了系统的精度和稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种机器人单关节位置控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，建立机器人单关节动力学系统；其中，所述机器人单关节动力学系统模型如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 799476DEST_PATH_IMAGE002
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
：连杆端角度；
Figure 664664DEST_PATH_IMAGE004
：电机端角度；
Figure 131417DEST_PATH_IMAGE005
: 连杆端惯量；
Figure 714845DEST_PATH_IMAGE006
：连杆端科氏力项；
Figure 276145DEST_PATH_IMAGE007
：连杆刚度；
Figure 261419DEST_PATH_IMAGE008
：电机端惯量；
Figure 649806DEST_PATH_IMAGE009
：电机端阻尼；
Figure 720530DEST_PATH_IMAGE010
：电机端出力；
步骤S2，根据单关节运动建模定义x的函数、目标电机端位置
Figure 836254DEST_PATH_IMAGE011
的函数；
步骤S3，定义一个李雅普诺夫函数
Figure 676034DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 468278DEST_PATH_IMAGE013
Figure 760719DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE015
Figure 680134DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE017
：为负定义的函数；
Figure 453049DEST_PATH_IMAGE018
：非负常数，用来表示系统的不确定性；Xd :笛卡尔空间位置指令；Qd : 连杆端目标位置；Ex : 笛卡尔空间位置误差；E1 : 连杆端位置误差；E2 : 连杆端速度误差；
步骤S4，定义目标电机速度的函数
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
步骤S5，根据上述参数计算得到最终控制电机加速度的控制量
Figure 901348DEST_PATH_IMAGE020
。
2.如权利要求1所述的机器人单关节位置控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述根据单关节运动建模定义
Figure DEST_PATH_IMAGE021
的函数，及目标电机端位置
Figure 212243DEST_PATH_IMAGE022
的函数，包括：
Figure 919037DEST_PATH_IMAGE023
Figure 467830DEST_PATH_IMAGE024
f : 笛卡尔空间速度的运动学模型，通过单关节的位置时间和结构特性建立的函数；
G : 目标位置的运动学模型，通过单关节的位置时间和结构特性建立的函数；
t : 时间变量。
3.如权利要求1所述的机器人单关节位置控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述定义目标电机速度的函数
Figure 883768DEST_PATH_IMAGE019
，包括：
Figure 150801DEST_PATH_IMAGE025
；
其中：
Figure 162751DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 566050DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 887310DEST_PATH_IMAGE028
：可调参数，调整电机位置收敛速度的正数。
4.如权利要求3所述的机器人单关节位置控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述计算得到最终控制电机加速度的控制量
Figure 907219DEST_PATH_IMAGE029
，包括：
Figure 448094DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 237059DEST_PATH_IMAGE031
：可调参数，调整电机速度收敛速度的正数。
CN202210881236.5A 2022-07-26 2022-07-26 一种机器人单关节位置控制方法 Active CN114932561B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210881236.5A CN114932561B (zh) 2022-07-26 2022-07-26 一种机器人单关节位置控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210881236.5A CN114932561B (zh) 2022-07-26 2022-07-26 一种机器人单关节位置控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114932561A true CN114932561A (zh) 2022-08-23
CN114932561B CN114932561B (zh) 2022-10-14

Family

ID=82868058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210881236.5A Active CN114932561B (zh) 2022-07-26 2022-07-26 一种机器人单关节位置控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114932561B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10301602A (ja) * 1997-04-28 1998-11-13 Seiko Seiki Co Ltd スライディングモード非干渉制御を用いた位置および／または力制御装置
CN104723340A (zh) * 2015-03-07 2015-06-24 哈尔滨工业大学 基于连接和阻尼配置的柔性关节机械臂的阻抗控制方法
CN109421042A (zh) * 2017-08-23 2019-03-05 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 柔性铰空间站机械臂的鲁棒自适应滑模控制方法
WO2020001742A1 (en) * 2018-06-26 2020-01-02 Franka Emika Gmbh Device for controlling a robot manipulator
CN111716360A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 河北工业大学 一种基于模糊逻辑的柔性关节机械臂采样控制方法及装置
CN111993417A (zh) * 2020-08-04 2020-11-27 北京航空航天大学 一种基于rbf神经网络的机械臂自适应阻抗控制方法
CN112720482A (zh) * 2020-12-22 2021-04-30 上海新时达机器人有限公司 一种工业机器人运动控制方法
CN113534666A (zh) * 2021-07-29 2021-10-22 河南科技大学 多目标约束下单关节机械臂系统的轨迹跟踪控制方法
WO2021250201A1 (de) * 2020-06-10 2021-12-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und computerprogrammprodukt zum regeln eines roboters

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10301602A (ja) * 1997-04-28 1998-11-13 Seiko Seiki Co Ltd スライディングモード非干渉制御を用いた位置および／または力制御装置
CN104723340A (zh) * 2015-03-07 2015-06-24 哈尔滨工业大学 基于连接和阻尼配置的柔性关节机械臂的阻抗控制方法
CN109421042A (zh) * 2017-08-23 2019-03-05 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 柔性铰空间站机械臂的鲁棒自适应滑模控制方法
WO2020001742A1 (en) * 2018-06-26 2020-01-02 Franka Emika Gmbh Device for controlling a robot manipulator
WO2021250201A1 (de) * 2020-06-10 2021-12-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und computerprogrammprodukt zum regeln eines roboters
CN111716360A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 河北工业大学 一种基于模糊逻辑的柔性关节机械臂采样控制方法及装置
CN111993417A (zh) * 2020-08-04 2020-11-27 北京航空航天大学 一种基于rbf神经网络的机械臂自适应阻抗控制方法
CN112720482A (zh) * 2020-12-22 2021-04-30 上海新时达机器人有限公司 一种工业机器人运动控制方法
CN113534666A (zh) * 2021-07-29 2021-10-22 河南科技大学 多目标约束下单关节机械臂系统的轨迹跟踪控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张鑫等: "机械臂的分数阶交叉耦合同步策略研究", 《机械科学与技术》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114932561B (zh) 2022-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111152225B (zh) 存在输入饱和的不确定机械臂固定时间轨迹跟踪控制方法
CN110202574B (zh) 基于环境刚度估计的机器人自适应混合阻抗/导纳控制方法
CN112757306B (zh) 一种机械臂逆解多解选择和时间最优轨迹规划算法
CN108388114B (zh) 一种基于输出重定义的柔性机械臂复合控制方法
CN110405762B (zh) 一种基于空间二阶倒立摆模型的双足机器人姿态控制方法
CN111360830A (zh) 一种基于协同跟踪的柔性机械臂的振动控制方法
US5418441A (en) Deflection correcting method for a robot
CN111687827B (zh) 一种双机器人协调操作弱刚性构件的控制方法和控制系统
CN110597051A (zh) 基于RBF神经网络的Stewart稳定平台控制方法
CN111015737A (zh) 一种单连杆柔性机械臂的减振方法
CN108724195B (zh) 一种针对机器人的耦合前馈控制方法
CN114939869A (zh) 一种基于非奇异快速终端滑模的机械臂轨迹跟踪方法
CN114932561B (zh) 一种机器人单关节位置控制方法
CN112276952B (zh) 一种多机器人系统的鲁棒同时镇定方法及系统
CN115107035B (zh) 一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法
CN108693776A (zh) 一种三自由度Delta并联机器人的鲁棒控制方法
CN110134135B (zh) 基于改进mpc-pid的四旋翼飞行器控制方法
CN110701187B (zh) 一种五自由度磁轴承的智能双积分滑模控制方法及设备
CN110561427B (zh) 一种基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制系统及方法
CN114967716B (zh) 一种基于四元数球面线性插值的固定翼飞机姿态控制方法
CN106825353A (zh) 一种多压机共用模具加工的控制方法
CN115857354A (zh) 一种四足机器人优化足底力分配和轨迹跟踪的方法
CN115026845B (zh) 一种机器人单关节混合控制方法
CN113664830B (zh) 基于模型预测阻抗控制的双机器人同步加工方法及系统
CN114840947A (zh) 一种带约束的三自由度机械臂动力学模型

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant