CN117049442A - 控制臂架的方法、臂架控制装置及工程机械 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种控制臂架的方法、臂架控制装置及工程机械。该方法包括：获取多个臂架中的末端臂架的目标速度；根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移；根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度；获取每个关节的实际角位移；根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律；根据PID控制器的控制律，通过PID控制器控制臂架运动。本申请可以针对不同的工况，自动随对臂架的PID控制参数进行调整，不需要人工调整，在降低了臂架控制参数的调整难度与强度的同时提高了臂架的控制精度和效率。
Description
技术领域
本申请涉及工程机械技术领域，具体地涉及一种控制臂架的方法、臂架控制装置及工程机械。
背景技术
高空作业车通过工作平台的空间运动辅助工作人员在高空中完成不同作业任务。目前高空作业车广泛应用于市政、风电、机场、设备安装维护等场合。高空作业车的应用场合日益广泛，同时也将面临作业环境复杂、作业难度高等问题，这就对高空作业车作业的高效性、智能性提出更高要求。
现有高空作业平台在臂架运动控制时存在以下技术缺点：
(1)在完成笛卡尔空间轨迹规划后，需要在关节空间中对关节轨迹进行二次规划，然而在关节空间进行轨迹规划很难保证各关节动作协调的一致性，从而导致在关节空间轨迹规划的t时刻内臂架的末端控制精度较差。
(2)采用的是固定参数的PID控制，针对复杂多变的工况，例如，工作平台由上升变为下降时的前期阶段，固定参数的PID控制会出现较大的跟踪误差，不能很好的满足控制精度的要求。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种种控制臂架的方法、臂架控制装置及工程机械，用以解决现有技术中高空作业平台的臂架运动控制末端精度较差且效率较低的问题。
为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种控制臂架的方法，应用于臂架控制装置，臂架控制装置与多个臂架通信，多个臂架依次通过关节连接，该方法包括：
获取多个臂架中的末端臂架的目标速度；
根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移；
根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度；
获取每个关节的实际角位移；
根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律；
根据PID控制器的控制律，通过PID控制器控制臂架运动。
在本申请实施例中，根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移包括：
根据多个臂架的机构建立臂架运动学模型；
通过臂架运动学模型处理预设周期的时长和目标速度，以得到每个关节在预设周期内的期望角位移。
在本申请实施例中，根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度包括：
根据臂架运动学模型建立目标速度与关节速度的速度逆雅可比矩阵；
通过速度逆雅可比矩阵处理目标速度和每个关节在预设周期内的期望角位移，以得到每个关节在所述预设周期内的期望角速度。
在本申请实施例中，根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律包括：
根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制系数；
获取PID控制器的初始控制参数；
根据初始控制参数和控制系数确定PID控制器的目标控制参数；
根据所述期望角位移和所述实际角位移确定关节角位移误差；
将实际角位移对时间进行求导以得到实际角速度；
根据期望角速度和实际角速度确定关节角速度误差；
根据关节角位移误差、关节角速度误差和PID控制器的目标控制参数确定PID控制器的控制律。
在本申请实施例中，PID控制器的控制律满足公式(1)：
其中，τ为控制律；K为控制系数；Kp0为初始控制参数中的比例控制参数；Kd0为初始控制参数中的微分控制参数；Ki0为初始控制参数中的积分控制参数；e为关节角位移误差；为实际角速度误差；t为时间。
在本申请实施例中，根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制系数包括：
将期望角速度对时间进行求导以得到期望角加速度；
将实际角速度对时间进行求导以得到实际角加速度；
采用臂架动力学模型处理期望角加速度、期望角位移和期望角速度以得到期望控制力矩；
采用臂架动力学模型处理实际角加速度、实际角位移和实际角速度以得到实际控制力矩；
根据期望控制力矩和实际控制力矩确定PID控制器的控制系数。
在本申请实施例中，PID控制器的控制系数满足公式(2)：
其中，K为控制系数；τnd为期望控制力矩；τn为实际控制力矩。
本申请第二方面提供一种臂架控制装置，包括：
存储器，被配置成存储指令；以及
处理器，被配置成从所述存储器调用所述指令以及在执行所述指令时能够实现根据上述的控制臂架的方法。
本申请第三方面提供一种工程机械，其特征在于，包括：
多个臂架，多个臂架依次通过关节连接；以及
根据上述臂架控制装置，臂架控制装置与多个臂架通信。
本申请第四方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行根据上述的控制臂架的方法。
通过上述技术方案，获取多个臂架中的末端臂架的目标速度；根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移；根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度；获取每个关节的实际角位移；根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律；根据PID控制器的控制律，通过PID控制器控制臂架运动。本申请可以针对不同的工况，自动随对臂架的PID控制参数进行调整，不需要人工调整，在降低了臂架控制参数的调整难度与强度的同时提高了臂架的控制精度和效率。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：
图1示意性示出了根据本申请实施例的一种控制臂架的方法的流程图；
图2示意性示出了根据本申请实施例的一种臂式高空作业平台图；
图3示意性示出了根据本申请实施例的一种基于臂架动力学的PID控制框图；
图4示意性示出了根据本申请一具体实施例的一种控制臂架的方法的流程框图；
图5示意性示出了根据本申请实施例的一种臂架控制装置的结构框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
图1示意性示出了根据本申请实施例的一种控制臂架的方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供一种控制臂架的方法，应用于臂架控制装置，臂架控制装置与多个臂架通信，多个臂架依次通过关节连接，该方法可以包括下列步骤。
步骤101、获取多个臂架中的末端臂架的目标速度；
步骤102、根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移；
步骤103、根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度；
步骤104、获取每个关节的实际角位移；
步骤105、根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律；
步骤106、根据PID控制器的控制律，通过PID控制器控制臂架运动。
本申请实施例的控制臂架的方法应用于工程机械的臂架控制装置，该工程机械还包括多个臂架，每两个臂架之间依次通过关节连接。在本申请实施例中，将与高空作业平台相连的臂架作为末端臂架。臂架控制装置首先接收输入装置发送的末端臂架的目标速度，该末端臂架的目标速度即为高空作业平台的目标速度。其中，输入装置可以是调速按钮等器件。然后通过臂架运动学模型，根据目标速度和预设周期可以确定每个关节在预设周期内的期望角位移。该臂架运动学模型是根据臂架的机构建立的，采用臂架运动学模型计算每个关节在预设周期内的期望角位移，无需在关节空间进行轨迹规划，从而提高了臂架的控制效率。根据臂架运动学模型还可以推导出臂架末端速度与关节速度的速度雅可比矩阵及其逆雅可比矩阵，然后使用逆雅可比矩阵处理目标速度和期望角位移从而得到每个关节的期望角速度。采用逆雅可比矩阵对关节的角速度进行设计，使得在任意t时刻内，各关节动作的协调性更好，末端的控制精度更高。同时，通过传感器获取每个关节的实际角位移。根据获取到的期望角位移、期望角速度和实际角位移以及首次调参设定的PID控制参数可以确定PID控制器的控制律，PID控制器根据控制律控制臂架运动。
通过上述技术方案，获取多个臂架中的末端臂架的目标速度；根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移；根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度；获取每个关节的实际角位移；根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律；根据PID控制器的控制律，通过PID控制器控制臂架运动。本申请可以针对不同的工况，自动随对臂架的PID控制参数进行调整，不需要人工调整，在降低了臂架控制参数的调整难度与强度的同时提高了臂架的控制精度和效率。
图2示意性示出了根据本申请实施例的一种臂式高空作业平台图。如图2所示，在本申请实施例中，根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移可以包括：
根据多个臂架的机构建立臂架运动学模型；
通过臂架运动学模型处理预设周期的时长和目标速度，以得到每个关节在预设周期内的期望角位移。
在本申请实施例中，臂架控制装置可以根据臂架的机构建立臂架运动学模型。具体地，臂架运动学模型可以包括正向和逆向运动学模型两部分。以图2所示的臂式高空作业平台的两关节为例进行说明，其为正向运动学为自由度数为2的串联机构，因此，可根据旋量法建立相关的正向运动学模型为：
其中，gST(0)为塔臂伸缩末端初始位姿；θ1为塔臂转动角度；θ2为塔臂伸缩长度；ξ1为塔臂转动关节的单位运动旋量；ξ2为塔臂伸缩关节的单位运动旋量。
该臂式高空作业平台的逆向运动学，根据几何关系有：
其中，L为塔臂伸缩为0时的塔臂长度；x、z为当前时刻塔臂伸缩末端在基坐标下轴的位置。
因此，该臂式高空作业平台的逆向运动学方程组为：
在得到臂架运动学模型之后，臂架控制装置就可以采用臂架运动学模型处理预设周期的时长和目标速度，以得到每个关节在预设周期内的期望角位移。在本申请实施例中，采用臂架运动学模型计算每个关节在预设周期内的期望角位移，无需在关节空间进行轨迹规划，提高了臂架的控制效率。
在本申请实施例中，根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度可以包括：
根据臂架运动学模型建立目标速度与关节速度的速度逆雅可比矩阵；
通过速度逆雅可比矩阵处理目标速度和每个关节在预设周期内的期望角位移，以得到每个关节在所述预设周期内的期望角速度。
在本申请实施例中，根据臂架运动学模型可以推导出目标速度与关节速度的速度雅可比矩阵以及速度逆雅可比矩阵。具体地，令表示臂架末端的位置，则臂架末端相对于基坐标的线速度雅可比矩阵J有：/>
以图2所示的臂式高空作业平台的两关节为例，其初始位姿设定为则其速度雅可比矩阵J为：/>其逆雅可比矩阵invJ，可根据速度雅可比矩阵J的伪逆矩阵J+(2×3矩阵)来进行定义求解，也可根据两关节处于同一平面运动的特殊性进行定义求解。在本申请实施例中，选择根据两关节处于同一平面运动的特殊性进行定义求解，即根据两关节处于同一平面运动，将逆雅可比矩阵invJ定义为矩阵进行求解，由平面运动得逆雅可比矩阵：通过采用逆雅可比矩阵对关节的角速度进行设计，使得在任意t时刻内，各关节动作的协调性更好，末端的控制精度更高。
图3示意性示出了根据本申请实施例的一种基于臂架动力学的PID控制框图。如图3所示，在本申请实施例中，根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律可以包括：
根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制系数；
获取PID控制器的初始控制参数；
根据初始控制参数和控制系数确定PID控制器的目标控制参数；
根据所述期望角位移和所述实际角位移确定关节角位移误差；
将实际角位移对时间进行求导以得到实际角速度；
根据期望角速度和实际角速度确定关节角速度误差；
根据关节角位移误差、关节角速度误差和PID控制器的目标控制参数确定PID控制器的控制律。
具体地，臂架控制装置首先根据读取的期望角位移θnd、期望角速度和实际角位移θn计算得到期望角加速度/>实际角速度/>和实际角加速度/>然后通过臂架动力学模型，根据期望角位移θnd、期望角速度/>实际角位移θn、期望角加速度/>实际角速度/>和实际角加速度/>分别计算得到期望控制力矩τnd和实际控制力矩τn。最后基于期望控制力矩τnd和实际控制力矩τn可以确定PID控制器的控制系数K。在计算得到PID控制器的控制系数K之后，结合PID控制器的初始控制参数，可以确定PID控制器的目标控制参数。其中，控制器的初始控制参数为首次调参设定的PID参数Kp0、Kd0和Ki0，将控制系数分别与首次调参设定的PID参数Kp0、Kd0和Ki0相乘就可以得到目标控制参数Kp、Kd和Ki，这样就完成了臂架动力学PID控制参数的设定。再根据期望角位移θnd与实际角位移θn计算得到的关节角位移误差e，以及根据期望角速度/>与实际角速度/>计算得到的关节角速度误差/>就可以完成基于臂架动力学的PID的控制律的计算，进而完成臂架运动的控制。
在本申请实施例中，PID控制器的控制律满足公式(1)：
其中，τ为控制律；K为控制系数；Kp0为初始控制参数中的比例控制参数；Kd0为初始控制参数中的微分控制参数；Ki0为初始控制参数中的积分控制参数；e为关节角位移误差；为实际角速度误差；t为时间。
在本申请实施例中，基于臂架动力学来调整PID控制参数，相比于传统的固定参数的PID控制，在首次调参后，针对不同的工况，不再需要人工对臂架的PID控制参数进行调整，因此能更好地适应不同工况下的臂架控制，不仅提高了臂架的控制精度和控制效率，同时还降低了臂架控制参数的调整难度与强度，能更好地实现臂架末端的轨迹跟踪。需要说明的是，本申请实施例中的PID控制器可以是线性PID控制也可以是非线性PID控制。
在本申请实施例中，根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制系数可以包括：
将期望角速度对时间进行求导以得到期望角加速度；
将实际角速度对时间进行求导以得到实际角加速度；
采用臂架动力学模型处理期望角加速度、期望角位移和期望角速度以得到期望控制力矩；
采用臂架动力学模型处理实际角加速度、实际角位移和实际角速度以得到实际控制力矩；
根据期望控制力矩和实际控制力矩确定PID控制器的控制系数。
具体地，臂架控制装置首先可以依次将期望角速度θnd对时间t进行求导以得到期望角加速度将实际角速度θn对时间t进行求导以得到实际角加速度/>然后建立臂架动力学模型，并采用臂架动力学模型处理期望角加速度/>期望角位移θnd和期望角速度以得到期望控制力矩τnd，采用臂架动力学模型处理实际角加速度/>实际角位移θn和实际角速度/>以得到实际控制力矩τn。最后根据期望控制力矩τnd和实际控制力矩τn确定PID控制器的控制系数K。关于臂架动力学模型，以图2所示的臂式高空作业平台的两关节为例，其为臂架为自由度数为2的串联机构，因此，根据拉格朗日法可以建立臂架的动力学模型：
其中，θ为机械臂各关节的角位移；为机械臂各关节的角速度；/>为机械臂各关节的角加速度；M(θ)为机械臂的惯性矩阵；/>为机械臂的向心力与哥氏力矩阵；G(θ)为机械臂重力项；τ为控制律。
结合臂架的摩擦力模型以及机械臂外部负载和外界环境的干扰τd可以得到完整的臂架动力学模型：
在本申请实施例中，PID控制器的控制系数满足公式(2)：
其中，K为控制系数；τnd为期望控制力矩；τn为实际控制力矩。
图4示意性示出了根据本申请一具体实施例的一种控制臂架的方法的流程框图。如图4所示，V为调速按钮设定的平台末端的速度，θnd为各关节的期望角位移，为各关节的期望角速度，/>为各关节的期望角加速度，θn为各关节的实际角位移，/>为各关节的实际角速度，/>为各关节的实际角加速度，Kp0、Kd0、Ki0分别为PID首次调参后的比例、微分、积分系数。在实际应用中，操作人员首先可以通过调速按钮设定末端速度V，运动学模块根据该末端速度V与内设的时间t计算出各关节的期望角位移θnd，逆雅可比矩阵invJ则根据末端速度V与运动学模块计算出的各关节期望角位移θnd得到各关节的期望角速度/>然后对时间求导处理得到期望角加速度/>同时传感器获得关节的实际角位移θn(n＝1,2，...)，θn对时间求导处理得到实际角加速度/>将各关节的期望角位移θnd，各关节的期望角速度/>各关节的期望角加速度/>各关节的实际角位移θn，各关节的实际角速度以及各关节的实际角加速度/>发给PID控制器，PID控制器根据各关节的期望角位移θnd，各关节的期望角速度/>各关节的期望角加速度/>各关节的实际角位移θn，各关节的实际角速度/>以及各关节的实际角加速度/>以及首次调参设定的PID参数Kp0、Kd0、Ki0对臂架进行控制。在本申请实施例中，无需在关节空间中进行轨迹规划，根据逆雅可比矩阵对关节的角速度进行设计，使得在任一t时刻内，各关节动作的协调性更好，末端的控制精度更高。同时使用基于臂架动力学的PID控制方法，相比于传统的固定参数的PID控制，不仅提高了臂架的控制精度，同时还降低了臂架控制参数的调整难度与强度，能更好地实现臂架末端的轨迹跟踪。
图5示意性示出了根据本申请实施例的一种臂架控制装置的结构框图。如图5所示，本申请实施例提供一种臂架控制装置，可以包括：
存储器510，被配置成存储指令；以及
处理器520，被配置成从存储器510调用指令以及在执行指令时能够实现上述的用于控制臂架的方法。
具体地，在本申请实施例中，处理器520可以被配置成：
获取多个臂架中的末端臂架的目标速度；
根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移；
根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度；
获取每个关节的实际角位移；
根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律；
根据PID控制器的控制律，通过PID控制器控制臂架运动。
进一步地，处理器520还可以被配置成：
根据多个臂架的机构建立臂架运动学模型；
通过臂架运动学模型处理预设周期的时长和目标速度，以得到每个关节在预设周期内的期望角位移。
进一步地，处理器520还可以被配置成：
根据臂架运动学模型建立目标速度与关节速度的速度逆雅可比矩阵；
通过速度逆雅可比矩阵处理目标速度和每个关节在预设周期内的期望角位移，以得到每个关节在所述预设周期内的期望角速度。
进一步地，处理器520还可以被配置成：
根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制系数；
获取PID控制器的初始控制参数；
根据初始控制参数和控制系数确定PID控制器的目标控制参数；
根据所述期望角位移和所述实际角位移确定关节角位移误差；
将实际角位移对时间进行求导以得到实际角速度；
根据期望角速度和实际角速度确定关节角速度误差；
根据关节角位移误差、关节角速度误差和PID控制器的目标控制参数确定PID控制器的控制律。
在本申请实施例中，PID控制器的控制律满足公式(1)：
其中，τ为控制律；K为控制系数；Kp0为初始控制参数中的比例控制参数；Kd0为初始控制参数中的微分控制参数；Ki0为初始控制参数中的积分控制参数；e为关节角位移误差；为实际角速度误差；t为时间。
进一步地，处理器520还可以被配置成：
将期望角速度对时间进行求导以得到期望角加速度；
将实际角速度对时间进行求导以得到实际角加速度；
采用臂架动力学模型处理期望角加速度、期望角位移和期望角速度以得到期望控制力矩；
采用臂架动力学模型处理实际角加速度、实际角位移和实际角速度以得到实际控制力矩；
根据期望控制力矩和实际控制力矩确定PID控制器的控制系数。
在本申请实施例中，PID控制器的控制系数满足公式(2)：
其中，K为控制系数；τnd为期望控制力矩；τn为实际控制力矩。
通过上述技术方案，获取多个臂架中的末端臂架的目标速度；根据目标速度和预设周期确定每个关节在预设周期内的期望角位移；根据目标速度和期望角位移确定每个关节的期望角速度；获取每个关节的实际角位移；根据期望角位移、期望角速度和实际角位移确定PID控制器的控制律；根据PID控制器的控制律，通过PID控制器控制臂架运动。本申请可以针对不同的工况，自动随对臂架的PID控制参数进行调整，不需要人工调整，在降低了臂架控制参数的调整难度与强度的同时提高了臂架的控制精度和效率。
本申请实施例还提供一种工程机械，该工程机械可以包括：
多个臂架，多个臂架依次通过关节连接；以及
根据上述臂架控制装置，臂架控制装置与多个臂架通信。
本申请实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于控制臂架的方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种控制臂架的方法，其特征在于，应用于臂架控制装置，所述臂架控制装置与多个臂架通信，所述多个臂架依次通过关节连接，所述方法包括：
获取所述多个臂架中的末端臂架的目标速度；
根据所述目标速度和预设周期确定每个关节在所述预设周期内的期望角位移；
根据所述目标速度和所述期望角位移确定每个关节的期望角速度；
获取每个关节的实际角位移；
根据所述期望角位移、所述期望角速度和所述实际角位移确定PID控制器的控制律；
根据所述PID控制器的控制律，通过所述PID控制器控制臂架运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标速度和预设周期确定每个关节在所述预设周期内的期望角位移包括：
根据所述多个臂架的机构建立臂架运动学模型；
通过所述臂架运动学模型处理所述预设周期的时长和所述目标速度，以得到每个关节在所述预设周期内的期望角位移。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标速度和所述期望角位移确定每个关节的期望角速度包括：
根据所述臂架运动学模型建立所述目标速度与关节速度的速度逆雅可比矩阵；
通过所述速度逆雅可比矩阵处理所述目标速度和每个关节在所述预设周期内的期望角位移，以得到每个关节在所述预设周期内的期望角速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述期望角位移、所述期望角速度和所述实际角位移确定PID控制器的控制律包括：
根据所述期望角位移、所述期望角速度和所述实际角位移确定所述PID控制器的控制系数；
获取所述PID控制器的初始控制参数；
根据所述初始控制参数和所述控制系数确定所述PID控制器的目标控制参数；
根据所述期望角位移和所述实际角位移确定关节角位移误差；
将所述实际角位移对时间进行求导以得到实际角速度；
根据所述期望角速度和实际角速度确定关节角速度误差；
根据所述关节角位移误差、所述关节角速度误差和所述PID控制器的目标控制参数确定所述PID控制器的控制律。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述PID控制器的控制律满足公式(1)：
其中，τ为控制律；K为控制系数；Kp0为初始控制参数中的比例控制参数；Kd0为初始控制参数中的微分控制参数；Ki0为初始控制参数中的积分控制参数；e为关节角位移误差；为实际角速度误差；t为时间。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述期望角位移、所述期望角速度和所述实际角位移确定所述PID控制器的控制系数包括：
将所述期望角速度对时间进行求导以得到期望角加速度；
将所述实际角速度对时间进行求导以得到实际角加速度；
采用臂架动力学模型处理所述期望角加速度、所述期望角位移和所述期望角速度以得到期望控制力矩；
采用臂架动力学模型处理所述实际角加速度、所述实际角位移和所述实际角速度以得到实际控制力矩；
根据所述期望控制力矩和所述实际控制力矩确定所述PID控制器的控制系数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述PID控制器的控制系数满足公式(2)：
其中，K为控制系数；τnd为期望控制力矩；τn为实际控制力矩。
8.一种臂架控制装置，其特征在于，包括：
存储器，被配置成存储指令；以及
处理器，被配置成从所述存储器调用所述指令以及在执行所述指令时能够实现根据权利要求1至7中任一项所述的控制臂架的方法。
9.一种工程机械，其特征在于，包括：
多个臂架，所述多个臂架依次通过关节连接；以及
根据权利要求8的臂架控制装置，所述臂架控制装置与所述多个臂架通信。
10.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行根据权利要求1至7中任一项所述的控制臂架的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310923641.3A CN117049442A (zh) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | 控制臂架的方法、臂架控制装置及工程机械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310923641.3A CN117049442A (zh) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | 控制臂架的方法、臂架控制装置及工程机械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117049442A true CN117049442A (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=88663637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310923641.3A Pending CN117049442A (zh) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | 控制臂架的方法、臂架控制装置及工程机械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117049442A (zh) |
-
2023
- 2023-07-25 CN CN202310923641.3A patent/CN117049442A/zh active Pending
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