CN116512238B - 液压多轴机械臂的控制方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种液压多轴机械臂的控制方法、装置、存储介质及电子设备，其中，方法包括：在液压多轴机械臂处于自动模式下，计算液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移；根据输出至液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果；根据各个机械轴的实际位移和目标位移，进行位置反馈，得到位置反馈结果；根据各个机械轴的实际速度和目标速度，进行速度反馈，得到速度反馈结果；根据位置反馈结果、速度反馈结果以及电流反馈结果，调整控制电流。采用本申请实施例，可以提高液压多轴机械臂运动姿态的稳定性，进而提高液压多轴机械臂作业的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及液压机械臂控制领域，具体涉及一种液压多轴机械臂的控制方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
随着电子机械的发展，多轴机械臂的应用越来越广泛，而矿用的多轴机械臂对其可靠性要求更高，在实用中如果出现故障则容易造成严重的后果，威胁工作人员的生命安全，因此，在矿用环境下，多采用液压多轴机械臂进行作业。
液压多轴机械臂的机械液压部分由液压站、多轴机械臂、多轴可选附件以及现场其他对接工序设备组成。液压站为多轴机械臂提供液压动力来源，液压马达实现机械臂的多轴运动关节的变幅或回转动作，比例电磁阀分别实现液压马达输出排量的比例控制，从而实现多轴运动速度的调节。
而在液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的过程中，液压多轴机械臂只能根据实时位置进行位置反馈调节，当液压多轴机械臂在移动过程中启动、停止时移动速度变化幅度较大，运动姿态不稳定，进而导致液压多轴机械臂作业的准确性较低。
发明内容
本申请提供一种液压多轴机械臂的控制方法、装置、存储介质及电子设备，可以提高液压多轴机械臂运动姿态的稳定性，进而提高液压多轴机械臂作业的准确性。
在本申请的第一方面提供了一种液压多轴机械臂的控制方法，包括：
在液压多轴机械臂处于自动模式下，计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移，所述第一姿态位置和所述第二姿态位置为学习模式下记录的所述液压多轴机械臂的移动路径中任一启动和停止时的姿态位置，所述移动路径包括液压多轴机械臂按照移动顺序排列的多个姿态位置；
根据输出至所述液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果；
根据各个所述机械轴的实际位移和所述目标位移，进行位置反馈，得到位置反馈结果；
根据各个所述机械轴的实际速度和所述目标速度，进行速度反馈，得到速度反馈结果；
根据所述位置反馈结果、所述速度反馈结果以及所述电流反馈结果，调整所述控制电流，以使所述比例电磁阀根据调整后的控制电流输出排量，以控制各个所述机械轴从所述第一姿态位置移动至所述第二姿态位置。
通过采用上述技术方案，在液压多轴机械臂处于自动模式下工作时，通过实时的电流反馈、速度反馈以及位置反馈对比例电磁阀的控制电流形成级联反馈控制，能够及时调节比例电磁阀的控制电流，从而提高液压多轴机械臂在作业时运动姿态的稳定性，进而提高液压多轴机械臂作业的准确性。
可选的，所述计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移，包括：
根据各个所述机械轴从第一姿态位置匀速移动至第二姿态位置的总位移以及节拍时间，确定最大运动速度；
将所述节拍时间划分为加速时间、减速时间以及最大速度时间；
将所述总位移划分为加速度位移、减速度位移以及最大速度位移；
构建各个所述机械臂从静止状态以预设加速度加速至所述最大运动速度的加速关系式、以最大加速度匀速运动的匀速关系式，以及从所述最大运动速度以预设加速度减速至静止状态的减速关系式；
将所述加速时间、所述最大运动速度以及所述加速度位移代入所述加速关系式，得到加速度位移以及加速度区间；
将所述最大速度时间、所述最大运动速度以及所述最大速度位移代入所述匀速关系式，得到最大速度位移以及最大速度区间；
将所述减速时间、所述最大运动速度以及所述减速度位移代入所述减速关系式，得到减速度位移以及减速度区间；
所述目标速度包括所述加速度区间、所述减速度区间以及所述最大速度区间，所述目标位移包括所述加速度位移、所述减速度位移以及所述最大速度位移。
通过采用上述技术方案，将液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度和目标位移，划分为三个速度区间以及三个位移，进而可以通过速度和位置的分段反馈进一步提高液压多轴机械臂在加速和减速时姿态的平稳性。
可选的，所述计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移之前，还包括：
当确定所述液压多轴机械臂处于自动模式下，且接收到启动指令时，根据补偿电流对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行电流补偿。
通过采用上述技术方案，引入电流补偿机制，可以削弱控制信号作用于比例电磁阀时，产生的电流死区所带来的影响，进而提高液压多轴机械臂的各个机械轴在启动时的启动响应。
可选的，所述根据输出至所述液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果之前，还包括：
当确定各个所述机械臂的运行速度处于加速状态时，根据补偿速度对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行速度补偿。
通过采用上述技术方案，引入速度补偿机制，可以在各个机械臂开始加速时，减小由于信号产生的延迟响应，进而加快比例电磁阀的响应时间，以及液压多轴机械臂运动时的稳定性。
可选的，所述当确定所述液压多轴机械臂处于自动模式下，且接收到启动指令时，根据补偿电流对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行电流补偿之前，还包括：
根据所述液压多轴机械臂的排量与控制电流的关系表中的电流死区，确定所述液压多轴机械臂的补偿电流。
通过采用上述技术方案，在液压多轴机械臂进行电流补偿之前，对液压多轴机械臂的控制电流与排量进行测试，并得到对应的关系表，根据关系表中的电流死区计算得到补偿电流，进而可通过补偿电流提高启动响应的速度。
可选的，所述当确定各个所述机械臂的运行速度处于加速状态时，根据补偿速度对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行速度补偿之前，还包括：
向所述比例电磁阀发送控制指令，确定所述比例电磁阀的延迟响应时间；
根据所述延迟响应时间，确定补偿速度。
通过采用上述技术方案，在液压多轴机械臂进行速度补偿之前，对液压多轴机械臂进行控制指令的响应测试，得到响应时间，根据响应时间计算补偿速度，进而可通过补偿速度减小延迟响应。
可选的，所述方法还包括：
当确定液压多轴机械臂处于学习模式时，记录操作人员对所述液压多轴机械臂的各个机械轴进行启动操作和停止操作得到的多个姿态位置；
根据所述多个姿态位置的移动顺序，生成移动路径。
通过采用上述技术方案，在液压多轴机械臂处于学习模式时，记录操作人员的相对标准的操作路径，生成移动路径，当液压多轴机械臂处于自动模式时，可以按照既定的移动路径进行自动操作。
在本申请的第二方面提供了一种液压多轴机械臂的控制装置，所述装置包括：
目标速度位移计算模块，用于在液压多轴机械臂处于自动模式下，计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移，所述第一姿态位置和所述第二姿态位置为学习模式下记录的所述液压多轴机械臂的移动路径中任一启动和停止时的姿态位置，所述移动路径包括液压多轴机械臂按照移动顺序排列的多个姿态位置；
电流环反馈模块，用于根据输出至所述液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果；
位置环反馈模块，用于根据各个所述机械轴的实际位移和所述目标位移，进行位置反馈，得到位置反馈结果；
速度环反馈模块，用于根据各个所述机械轴的实际速度和所述目标速度，进行速度反馈，得到速度反馈结果；
反馈调节模块，用于根据所述位置反馈结果、所述速度反馈结果以及所述电流反馈结果，调整所述控制电流，以使所述比例电磁阀根据调整后的控制电流输出排量，以控制各个所述机械轴从所述第一姿态位置移动至所述第二姿态位置。
在本申请的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的方法步骤。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：
通过采用本申请技术方案，在液压多轴机械臂处于自动模式下工作时，引入电流环、速度环以及位置环，对液压多轴机械臂实时进行电流反馈、速度反馈以及位置反馈，以形成三级级联的闭环反馈控制，同时引入电流补偿以及速度补偿机制，形成开环补偿控制，能够根据实际情况及时调节比例电磁阀的控制电流，从而提高液压多轴机械臂在作业时运动姿态的稳定性，进而提高液压多轴机械臂作业的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种方案实施原理示意图；
图2是本申请实施例提供的一种液压多轴机械臂的控制方法的流程示意图；
图3是本申请实施例提供的一种控制电流与排量的特性曲线示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种液压多轴机械臂的控制方法的流程示意图；
图5是本申请实施例提供的又一种液压多轴机械臂的控制方法的流程示意图；
图6是本申请实施例提供的一种三段式速度位移示意图；
图7是本申请实施例提供的一种三环反馈补偿时序示意图；
图8是本申请实施例提供的一种液压多轴机械臂的装置的模块示意图。
附图标记说明：1、液压多轴机械臂的装置；11、目标速度位移计算模块；12、电流环反馈模块；13、位置环反馈模块；14、速度环反馈模块；15、反馈调节模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本申请实施例的描述中，“示性的”、“例如”或者“举例来说”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。另外，除非另有说明，术语“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个系统是指两个或两个以上的系统，多个屏幕终端是指两个或两个以上的屏幕终端。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
矿山开采是我国工业生产过程中的一个基础性行业，为了满足国内外日益扩大的市场需求，矿产企业的生产规模不断增大。综合提高开采效率与效益，兼顾矿山装备的安全性，矿山智能装备的大面积应用是矿山开采的发展趋势之一，我国常用矿山机械装备产品的种类繁多，以固定式破碎机、装药车、凿岩车等为代表的多种类矿山装备的核心功能部件均为分段式的机械臂，其执行末端如同机械臂的“手”去进行精准动作，实现装备的主要功能。在该类型智能装备设计或改造时，对机械臂的执行末端的位置姿态进行实时的高精度测量非常重要。
若机械臂在矿道内进行作业，除了要考虑机械臂的高精度操作外，还需要机械臂满足本安认证，因此，在矿用环境下，多采用液压机械臂进行作业。因此为了满足上述要求，本申请特提供了一种液压多轴机械臂的控制方法、装置、存储介质及电子设备，该液压多轴机械臂可以在满足本安认证要求的矿采环境下，实现高精度控制的开采工作。
下面结合具体的实施例对本申请进行详细说明。
请参照图1，其示出了本申请一个实施例提供的方案实施原理的示意图。该方案实施原理可以实现成为一个具有液压多轴机械臂的控制装置，如该装置主要包括：控制器、机械臂、绝对式编码器、无线遥控器、比例电磁阀、液压马达以及人机交互界面。
其中，控制器选用32位处理器，其包括有丰富的多功能输入、输出端口以及多个CAN通讯总线接口，可以满足液压多轴机械臂的开关量输入、模拟量输入、脉冲输入以及PWM信号输出等，控制器安装于配套的本安防爆电控柜中，满足整体本安防爆要求。
进一步的，控制器可与人机交互界面通过CAN总线接口实现有线连接，人机交互界面设置有7英寸16位色液晶屏、1Ghz处理器以及CAN通讯总线接口，置于配套的本安防爆电控柜中，可为操作人员展示液压多轴机械臂的运行状况以及运行参数。
此外，控制器还可以与无线遥控器通过无线发射器和无线接收器实现无线通讯，无线遥控器设置有多轴手柄以及多个波动开关，符合本安防爆认证，操作人员可通过无线遥控器对液压多轴机械臂的执行机构输出手抓开合指令、一轴回转指令、二轴变幅指令、等多轴变幅指令，以控制液压多轴机械臂进行手动控制。
此外，控制器还可以与绝对式编码器实现有线或无线连接，该绝对式编码器设置于液压多轴机械臂的各个机械臂上，能够以最高500Hz带宽、同时传输各个机械臂的位置反馈数据和速度反馈数据，为执行机构的定位移动、速度可调控提供数据依据，为最终提高定位精度，多轴之间的轨迹同步运行提供可行保障。
进一步地，控制器还可以与比例电磁阀有线连接，比例电磁阀接收控制器输出的控制信号，并根据该控制信号向液压马达输出排量，进而为各轴机械臂的执行机构提供动能。
在一个实施例中，请参考图2，特提出了一种液压多轴机械臂的控制方法，该方法可依赖于计算机程序实现，可依赖于单片机实现，也可运行于基于冯诺依曼体系的液压多轴机械臂的控制装置上，该计算机程序可集成在应用中，也可作为独立的工具类应用运行。
步骤101：在液压多轴机械臂处于自动模式下，计算液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移。
所述第一姿态位置和所述第二姿态位置为学习模式下记录的所述液压多轴机械臂的移动路径中任一启动和停止时的姿态位置，所述移动路径包括液压多轴机械臂按照移动顺序排列的多个姿态位置。
其中，自动模式指的是液压多轴机械臂处于该模式时，可以根据学习模式预存的控制指令进行作业，在本申请实施例中，液压多轴机械臂的工作模式主要包括有两种：自动模式和学习模式。
进一步地，在本申请实施例中可以将第一姿态位置和第二姿态位置理解为，学习模式下记录的液压多轴机械臂的移动路径中任一启动和停止时的姿态位置，该移动路径包括液压多轴机械臂按照移动顺序排列的多个姿态位置。而将各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置时的速度和位移，分别定义为目标速度和目标位移。
在一种可行的实施方式中，当确定液压多轴机械臂处于自动模式后，需要对液压多轴机械臂的比例电磁阀进行电流补偿。
具体的，控制器与比例电磁阀连接，可以向比例电磁阀输出控制信号，比例电磁阀根据该控制信号向液压马达输出排量，为各轴机械臂的执行机构提供动能。其中，比例电磁阀由直流比例电磁铁与液压阀两部分组成，上述工作原理为：控制器按照比例输出PWM电压信号至比例电磁铁，PWM电压信号加载于比例电磁铁上，电流流过电磁铁线圈形成磁力，根据电流磁效应，电磁铁线圈会产生对应的磁力大小，并按照比例移动阀芯的位置，即可按比例控制液流的流量和方向，从而实现对各个机械臂的执行机构的位置和速度控制。
进一步地，电磁线圈在电路原理中可以等效于负载，其等效的负载阻值会受到环境温度变化的影响，如果加载于电磁线圈上的控制信号仅仅是PWM电压调节信号，那么假设控制器输出PWM电压信号的电压为U，当负载阻值R宿舍温度产生变化，则流过电磁线圈的电流也将根据I=U/R发生变化，根据其产生的变化可生成如图3所示的控制电流与排量的特性曲线，比例阀最终输出的排量为Q。
进一步地，由于生产工艺的缺陷以及作用中产生的库伦摩擦力，使得电磁阀在一定输入电流信号范围内无法作出响应，形成了如图3中标注的输入电流信号的死区，从而电磁阀无法及时向液压马达输出排量，控制信号与执行信号存在延迟。
由于死区的存在可能会严重影响比例电磁阀的稳定性和动态特性，在本申请实施例中为了减小死区对比例电磁阀的影响，在控制回路中引入电流补偿，使得控制信号可以直接越过死区，进而提高液压多轴机械臂的各个机械轴在启动时的启动响应。
在另一种可行的实施方式中，在液压多轴机械臂进行人工调试时，可提前生成排量与控制电流的关系表，进而确定该关系表中的电流死区，进而确定对应于电流死区的补偿电流。当液压多轴机械臂处于自动模式下，且接收到启动指令时，即可根据补偿电流对比例电磁阀进行电流补偿，从而进一步提高响应速率。
在一种可行的实施例中，如图4所示，当液压多轴机械臂处于学习模式时，可以执行以下步骤：
步骤201：当确定液压多轴机械臂处于学习模式时，记录操作人员对液压多轴机械臂的各个机械轴进行启动操作和停止操作得到的多个姿态位置。
示例性地，当确定液压多轴机械臂处于学习模式时，操作人员可通过无线遥控器操作液压多轴机械臂进行作业，同时可根据人机交互界面实时获取液压多轴机械臂的运行参数，以实现对液压多轴机械臂的精准控制。
进一步地，液压多轴机械臂在主要作用于为对重型物料的自动搬运，在本申请实施例中，可以将各种作业过程都拆分成若干个不连贯的移动步骤，而在执行每个移动步骤时，液压多轴机械臂都会执行一次启动操作和停止操作，当操作人员通过遥控操作器确定准确的启动位置和停止位置时，液压多轴机械臂的控制器将该启动位置和停止位置作为姿态位置保存在存储器中。
步骤202：根据所述多个姿态位置的移动顺序，生成移动路径。
示例性地，控制器按照操作人员的操作顺序，将多个姿态位置保存于存储器中，根据液压多轴机械臂在执行某种作业时的各个不连贯的移动步骤，生成对应的移动顺序，并保存于该作业对应的执行文件中，当液压多轴机械臂进入自动模式后，可选择该作业对应的执行文件，即可实现对该作业的自动、重复执行。
请参照图5，在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移的步骤，具体还可以包括以下步骤：
步骤301：根据各个机械轴从第一姿态位置匀速移动至第二姿态位置的总位移以及节拍时间，确定最大运动速度。
其中，节拍时间指的是一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间，在本申请实施例中可以理解为液压多轴机械臂各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的时间，通过控制液压多轴机械臂的各个机械臂从第一姿态位置移动至第二姿态位置时间上的一致性，可以使得各个机械臂以不同的速度同步协作运动，提高多轴机械臂作业时的稳定性。
示例性地，先假设各个机械臂在启动、停止时无加速、减速的过程，各个机械臂则做匀速运动，此时的匀速运动的速度则定义为各个机械臂的最大运动速度，根据从第一姿态位置运动到第二姿态位置的总位移，以及最大运动速度，通过公式V1=S/T；式中，V1为最大运动速度，S为总位移，T为节拍时间。
步骤302：将节拍时间划分为加速时间、减速时间以及最大速度时间。
步骤303：将总位移划分为加速度位移、减速度位移以及最大速度位移。
其中，在本申请实施例中，加速时间可以理解为各个机械臂做加速运动时，从静止状态到最大运动速度状态所消耗的时间，对应所移动的位移定义为加速度位移；减速时间可以理解为各个机械臂做减速运动时，从最大运动速度状态到静止状态所消耗的时间，对应所移动的位移定义为减速位移；最大速度时间可以理解为各个机械臂处于最大运动状态时的时间，对应所移动的位移定义为最大速度位移。
示例性地，当液压多轴机械臂在移动过程中启动、停止时运动速度的变化幅度较大，容易出现由惯性所造成的抖动，从而导致液压多轴机械臂运动姿态的不稳定，因此，在本申请实施例中，将节拍时间划分为加速时间、减速时间以及最大速度时间，将总位移划分为加速度位移、减速度位移以及最大速度位移，可以实现对速度和位置的三段式调节，使得液压多轴机械臂的运动姿态更稳定。
步骤304：构建各个机械臂从静止状态以预设加速度加速至最大运动速度的加速关系式、以最大加速度匀速运动的匀速关系式，以及从最大运动速度以预设加速度减速至静止状态的减速关系式。
步骤305：将加速时间、最大运动速度以及加速度位移代入加速关系式，得到加速度位移以及加速度区间。
步骤306：将最大速度时间、最大运动速度以及最大速度位移代入匀速关系式，得到最大速度位移以及最大速度区间。
步骤307：将减速时间、最大运动速度以及减速度位移代入减速关系式，得到减速度位移以及减速度区间。
示例性地，构建各个机械臂从静止状态以预设加速度加速至最大运动速度的加速关系式、以最大加速度匀速运动的匀速关系式，以及从最大运动速度以预设加速度减速至静止状态的减速关系式，其中，加速关系式包括：T1=V1/a1；S1=V1 2/(2*a1)；式中，T1为加速时间；V1为最大运动速度；a1为预设加速度；S1为加速度位移；匀速关系式包括：T2=S2/V1；S2=V1*T2；S2=S-S1-S3；式中，T2为最大速度时间；S为目标位移；S2为最大速度位移；S3为减速度位移；减速关系式包括：T3=V1/a3；S3=V1 2/(2*a3)；式中，T3为减速时间。
进一步地，请参见图6，将预设加速度和预设减速度代入上述公式，可以求得加速时间、减速时间以及最大速度时间，以及加速度位移、减速度位移以及最大速度位移，进而可根据位移与时间之间的关系，可求得加速度区间、最大速度区间以及减速度区间。
在一种可行的实施方式中，当确定各个机械臂的运行速度处于加速状态时，需要对液压多轴机械臂的比例电磁阀进行速度补偿。
具体的，当控制器输出控制电流信号至比例电磁阀时，电流信号首先流过电磁铁线圈形成磁力，阀芯受到磁力移动而产生机械位移信号，进而产生排量输出信号，在这一系列信号转换的过程中，容易受到阻尼孔大小、液压大小以及液压系统的动态特性的影响，从而产生控制电流信号的延迟响应，大约在100ms至500ms之间，在各个机械臂进行加速的过程中，若存在延迟响应，则可能导致各个机械臂的加速不平稳，从而导致各个机械臂的出现抖动、姿态不平稳的现象，进而导致液压多轴机械臂作业的准确性降低，在本申请实施例中为了减小延迟信号对比例电磁阀的影响，在控制回路中引入速度补偿，可以减小延迟响应时间。
在另一种可行的实施方式中，在液压多轴机械臂进行人工调试时，可向比例电磁阀发送控制指令，确定比例电磁阀响应控制指令的延迟响应时间，根据延迟响应时间确定补偿速度，当确定各个机械臂的运行速度处于加速度状态时，可根据补偿速度对液压多轴机械臂的比例电磁阀进行速度补偿，减小由于信号产生的延迟响应，进而加快比例电磁阀的响应时间，以及液压多轴机械臂运动时的稳定性。
步骤102：根据输出至液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果。
其中，电流反馈采用PID控制算法，将目标控制电流与当前控制电流进行比较，根据两者之间的偏差计算新的PWM电压信号，PID控制器的采样时间以毫秒为单位进行编程。当设定值不为零时，控制循环将被启用，设定值为零则关闭输出并禁用控制循环。
进一步地，为了确定电流环PID控制器参数，需要获取关于控制回路动态特性的信息，获取该信息的一种实用方法是在激活比例电磁阀后，从当前反馈信号捕获阶跃响应，优选的方法是通过测试环境硬件将应用程序中使用比例电磁阀连接到控制器相应的PWM端口，并运行测试程序，以实现控制电流信号的输出，捕获当前的控制电流信号和时间信息，并通过CAN输出该数据，采集并显示时间与输出的采样曲线。
进一步地，在大多数情况下，阶跃响应数据表现为S型曲线，从曲线中分析可以得到延迟时间Tu、上升时间Tr和PWM电压信号输出100%占空比时的最大值Imax，因此，首先必须计算出系统的静态环路增益Ks，再根据参数整定法，计算出PID控制器参数。
进一步地，按照上述规则设置P的初始值为0.6，I的初始值为1.0，D的初始值为0.5的PID控制参数，并以此为基础值，再进一步进行手动优化，在改变设定值时，可能出现过慢或者过快的情况，并且出现一定的超调波动，观察采样曲线，可以从阶跃响应数据中分析进一步的控制调优线索。
例如，对于手动优化，微分参数D应该首先设置为0，当PID控制器过慢时，可以增大比例增益参数P值，以及缩短积分时间参数I值；当PID控制器超调时，可以减小比例增益参数P值，以及增大积分时间参数I值；最后可通过增加一个微分时间D来进行少量的超调。
示例性地，当液压多轴机械臂的各个轴开始运动时，实时获取比例电磁阀的实际控制电流值，将实际控制电流与目标控制电流进行比较，确定两者之间的偏差值，代入电流PID控制算法中，得到电流反馈结果。
步骤103：根据各个机械轴的实际位移和所述目标位移，进行位置反馈，得到位置反馈结果。
步骤104：根据各个机械轴的实际速度和所述目标速度，进行速度反馈，得到速度反馈结果。
其中，位置反馈采用比例增益P值进行调节，速度反馈采用比例增益P值以及积分增益I值共同调节，当液压多轴机械臂的各个轴开始运动时，实时获取各个机械轴的实际位移和实际速度，将实际位移和实际速度分别与目标位移和目标速度进行比较，确定两者之间的偏差值，并分别代入位置P算法以及速度PI算法中，得到位置反馈结果和速度反馈结果。
步骤105：根据位置反馈结果、所述速度反馈结果以及所述电流反馈结果，调整所述控制电流。
示例性地，如图7所示，在液压多轴机械臂的各个轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的过程中，引入电流环、速度环以及位置环，对液压多轴机械臂实时进行电流反馈、速度反馈以及位置反馈，以形成三级级联的闭环反馈控制，可以根据实时的位置反馈结果、速度反馈结果以及电流反馈结果对输出至比例电磁阀的控制电流进行调节，以稳定各个机械轴的速度和位移保持在目标速度和目标位置之间。同时引入电流补偿以及速度补偿机制，形成开环补偿控制，能够根据实际情况及时调节比例电磁阀的控制电流，从而提高液压多轴机械臂在作业时运动姿态的稳定性，进而提高液压多轴机械臂作业的准确性。
下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。
请参照图8，为本申请实施例提供的一种液压多轴机械臂的控制装置，该液压多轴机械臂的控制装置1可以包括：目标速度位移计算模块11、电流环反馈模块12、位置环反馈模块13、速度环反馈模块14以及反馈调节模块15，其中：
目标速度位移计算模块11，用于在液压多轴机械臂处于自动模式下，计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移，所述第一姿态位置和所述第二姿态位置为学习模式下记录的所述液压多轴机械臂的移动路径中任一启动和停止时的姿态位置，所述移动路径包括液压多轴机械臂按照移动顺序排列的多个姿态位置；
电流环反馈模块12，用于根据输出至所述液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果；
位置环反馈模块13，用于根据各个所述机械轴的实际位移和所述目标位移，进行位置反馈，得到位置反馈结果；
速度环反馈模块14，用于根据各个所述机械轴的实际速度和所述目标速度，进行速度反馈，得到速度反馈结果；
反馈调节模块15，用于根据所述位置反馈结果、所述速度反馈结果以及所述电流反馈结果，调整所述控制电流，以使所述比例电磁阀根据调整后的控制电流输出排量，以控制各个所述机械轴从所述第一姿态位置移动至所述第二姿态位置。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，液压多轴机械臂的控制装置1还可以包括：
电流补偿模块，用于当确定所述液压多轴机械臂处于自动模式下，且接收到启动指令时，根据补偿电流对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行电流补偿。
速度补偿模块，用于当确定各个所述机械臂的运行速度处于加速状态时，根据补偿速度对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行速度补偿。
补偿电流计算模块，用于根据所述液压多轴机械臂的排量与控制电流的关系表中的电流死区，确定所述液压多轴机械臂的补偿电流。
补偿速度计算模块，用于向所述比例电磁阀发送控制指令，确定所述比例电磁阀的延迟响应时间，根据所述延迟响应时间，确定补偿速度。
移动路径生成模块，用于当确定液压多轴机械臂处于学习模式时，记录操作人员对所述液压多轴机械臂的各个机械轴进行启动操作和停止操作得到的多个姿态位置，根据所述多个姿态位置的移动顺序，生成移动路径。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，目标速度位移计算模块11还包括：最大运动速度计算单元、节拍时间划分单元、总位移划分单元、关系式构建单元、加速度区间计算单元、最大速度区间计算单元以及减速度区间计算单元，其中：
最大运动速度计算单元，用于根据各个所述机械轴从第一姿态位置匀速移动至第二姿态位置的总位移以及节拍时间，确定最大运动速度；
节拍时间划分单元，用于将所述节拍时间划分为加速时间、减速时间以及最大速度时间；
总位移划分单元，用于将所述总位移划分为加速度位移、减速度位移以及最大速度位移；
关系式构建单元，用于构建各个所述机械臂从静止状态以预设加速度加速至所述最大运动速度的加速关系式、以最大加速度匀速运动的匀速关系式，以及从所述最大运动速度以预设加速度减速至静止状态的减速关系式；
加速度区间计算单元，用于将所述加速时间、所述最大运动速度以及所述加速度位移代入所述加速关系式，得到加速度位移以及加速度区间；
最大速度区间计算单元，用于将所述最大速度时间、所述最大运动速度以及所述最大速度位移代入所述匀速关系式，得到最大速度位移以及最大速度区间；
减速度区间计算单元，用于将所述减速时间、所述最大运动速度以及所述减速度位移代入所述减速关系式，得到减速度位移以及减速度区间；
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质可以存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上述图2所示实施例的所述的液压多轴机械臂的控制方法，具体执行过程可以参加图2所示实施例的具体说明，在此不进行赘述。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列（Field－ProgrammaBLE GateArray，FPGA）、集成电路（Integrated Circuit，IC）等。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取器（Random AccessMemory，RAM）、磁盘或光盘等。
以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践真理的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
Claims (9)
1.一种液压多轴机械臂的控制方法，其特征在于，包括：
在液压多轴机械臂处于自动模式下，计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移，所述第一姿态位置和所述第二姿态位置为学习模式下记录的所述液压多轴机械臂的移动路径中任一启动和停止时的姿态位置，所述移动路径包括液压多轴机械臂按照移动顺序排列的多个姿态位置；
根据输出至所述液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果；
根据各个所述机械轴的实际位移和所述目标位移，进行位置反馈，得到位置反馈结果；
根据各个所述机械轴的实际速度和所述目标速度，进行速度反馈，得到速度反馈结果；
根据所述位置反馈结果、所述速度反馈结果以及所述电流反馈结果，调整所述控制电流，以使所述比例电磁阀根据调整后的控制电流输出排量，以控制各个所述机械轴从所述第一姿态位置移动至所述第二姿态位置；
其中，所述计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移之前，还包括：
当确定所述液压多轴机械臂处于自动模式下，且接收到启动指令时，根据补偿电流对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行电流补偿。
2.根据权利要求1所述的液压多轴机械臂的控制方法，其特征在于，所述计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移，包括：
根据各个所述机械轴从第一姿态位置匀速移动至第二姿态位置的总位移以及节拍时间，确定最大运动速度；
将所述节拍时间划分为加速时间、减速时间以及最大速度时间；
将所述总位移划分为加速度位移、减速度位移以及最大速度位移；
构建各个所述机械臂从静止状态以预设加速度加速至所述最大运动速度的加速关系式、以最大加速度匀速运动的匀速关系式，以及从所述最大运动速度以预设加速度减速至静止状态的减速关系式；
将所述加速时间、所述最大运动速度以及所述加速度位移代入所述加速关系式，得到加速度位移以及加速度区间；
将所述最大速度时间、所述最大运动速度以及所述最大速度位移代入所述匀速关系式，得到最大速度位移以及最大速度区间；
将所述减速时间、所述最大运动速度以及所述减速度位移代入所述减速关系式，得到减速度位移以及减速度区间；
所述目标速度包括所述加速度区间、所述减速度区间以及所述最大速度区间，所述目标位移包括所述加速度位移、所述减速度位移以及所述最大速度位移。
3.根据权利要求2所述的液压多轴机械臂的控制方法，其特征在于，包括：
所述加速关系式包括：
T1=V1/a1；S1=V1 2/(2*a1)；
式中，T1为加速时间；V1为最大运动速度；a1为预设加速度；S1为加速度位移；
所述匀速关系式包括：
T2=S2/V1；S2=V1*T2；S2=S-S1-S3；
式中，T2为最大速度时间；S为目标位移；S2为最大速度位移；S3为减速度位移；
所述减速关系式包括：
T3=V1/a3；S3=V1 2/(2*a3)；
式中，T3为减速时间。
4.根据权利要求1所述的液压多轴机械臂的控制方法，其特征在于，所述根据输出至所述液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果之前，还包括：
当确定各个所述机械臂的运行速度处于加速状态时，根据补偿速度对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行速度补偿。
5.根据权利要求1所述的液压多轴机械臂的控制方法，其特征在于，所述当确定所述液压多轴机械臂处于自动模式下，且接收到启动指令时，根据补偿电流对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行电流补偿之前，还包括：
根据所述液压多轴机械臂的排量与控制电流的关系表中的电流死区，确定所述液压多轴机械臂的补偿电流。
6.根据权利要求4所述的液压多轴机械臂的控制方法，其特征在于，所述当确定各个所述机械臂的运行速度处于加速状态时，根据补偿速度对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行速度补偿之前，还包括：
向所述比例电磁阀发送控制指令，确定所述比例电磁阀的延迟响应时间；
根据所述延迟响应时间，确定补偿速度。
7.根据权利要求1所述的液压多轴机械臂的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当确定液压多轴机械臂处于学习模式时，记录操作人员对所述液压多轴机械臂的各个机械轴进行启动操作和停止操作得到的多个姿态位置；
根据所述多个姿态位置的移动顺序，生成移动路径。
8.一种液压多轴机械臂的控制装置，其特征值在于，包括：
目标速度位移计算模块（11），用于在液压多轴机械臂处于自动模式下，计算所述液压多轴机械臂的各个机械轴从第一姿态位置移动至第二姿态位置的目标速度以及目标位移，所述第一姿态位置和所述第二姿态位置为学习模式下记录的所述液压多轴机械臂的移动路径中任一启动和停止时的姿态位置，所述移动路径包括液压多轴机械臂按照移动顺序排列的多个姿态位置；
电流环反馈模块（12），用于根据输出至所述液压多轴机械臂的比例电磁阀的实际控制电流与目标控制电流，进行电流反馈，得到电流反馈结果；
位置环反馈模块（13），用于根据各个所述机械轴的实际位移和所述目标位移，进行位置反馈，得到位置反馈结果；
速度环反馈模块（14），用于根据各个所述机械轴的实际速度和所述目标速度，进行速度反馈，得到速度反馈结果；
反馈调节模块（15），用于根据所述位置反馈结果、所述速度反馈结果以及所述电流反馈结果，调整所述控制电流，以使所述比例电磁阀根据调整后的控制电流输出排量，以控制各个所述机械轴从所述第一姿态位置移动至所述第二姿态位置；
电流补偿模块，用于当确定所述液压多轴机械臂处于自动模式下，且接收到启动指令时，根据补偿电流对所述液压多轴机械臂的比例电磁阀进行电流补偿。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述指令适用于由处理器加载并执行如权利要求1~7任意一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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