[发明专利]一种协同智能精准容错控制器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，特别是涉及一种基于生理性止血机制的协同智能精准容错控制器及方法，主要适用于冗余并联机构或多机构协同系统。

背景技术

随着机器人越来越广泛的应用于航天、深海、核工业等特殊场合，机器人一旦出现故障工作人员难以取回，因此对可靠性与稳定性也提出了更高的要求。机器人的容错能力成为一项非常重要的指标，驱动器和主动关节是机器人的故障多发部件，因此在机器人设计时往往采用冗余并联机构或者采用多机构协同完成任务来实现容错。这些机器人一般采用的容错方法是，设计主控制器和备用容错控制器，在发生故障时进行简单的切换。虽然在理论模型上冗余机构按照备用容错控制器控制能够较好地实现容错控制，但是在实际工程中故障关节变为了一个非线性的大负载，导致其它正常关节因为机械间隙、大摩擦力等原因误差被累计放大，最终无法较精准完成任务。因此为完成更加精准的目标，对智能的精准容错控制器提出了更高的要求。

经对现有技术的检索发现，目前国内外还没有发现一种针对解决冗余设备或多机器人协同系统由于机械间隙、摩擦力等因素引起的误差放大问题的协同智能精准容错控制器，特别是基于生理性止血机制启发的能够辨识设备信息在故障情况下重新补偿优化实现精准控制的容错控制器。中国发明专利CN99105211.0提出一种容错控制系统，主要采用配置多个冗余传感器的方法进行容错控制。中国发明专利CN 200910054458.4提出一种用于容错控制的自校验方法，主要是采用多模块信息冗余进行判断正确信号，确保了系统的可靠性。中国发明专利CN 201010209220.7提出一种智能分步容错控制方法，主要是采用建立数据库，然后切换为重构容错控制器的一种方法。中国发明专利CN 200710179452.0提出一种基于龙芯的三模冗余容错控制系统，主要采用冗余思想进行容错控制。中国发明专利CN 200910071282.3提出一种冗余控制的微小型水下机器人及故障诊断和容错控制方法，主要通过线性二次型最优控制方法进行基于故障的控制优化分配，实现容错控制。中国发明专利CN 200910030720.1提出一种基于坐标变换的径向主动磁悬浮轴承容错控制方法，主要应用于主动磁悬浮轴承容错控制。中国实用新型专利CN201020174267.X提出一种适用于核辐射探测机器人的容错控制器，该控制器主要是从控制硬件上进行冗余设计，当发生故障时由备用冗余设备完成任务，优化资源分配。中国实用新型专利CN200920076963.4提出一种基于工业以太网的DCS三重容错控制器主要是从硬件设计上实现多重信息冗余交互判断，提高系统的可靠性。美国发明专利20020129214“System and method for minimizing message transactions for fault-tolerant snapshots in a dual-controller environment”提出了一种双边环境容错控制器系统与方法。主要是采用一个计算机管理实施双控制器环境中的源和目标卷上的数据存储快照的方法。美国发明专利20060236150“Timer-based apparatus and method for fault-tolerant booting of a storage controller”提出一种基于定时器的容错存储启控制器设备与方法，其容错存储控制器包括一个处理器，一个冗余副本的存储方案，并自动运行一个计时器，采用冗余副本完成容错任务。美国发明专利20080204160，20100141349“Universal and fault-tolerant multiphase digital PWM controller for high-frequency DC-DC converters”主要针对一种高频率的转换器从硬件角度设计容错控制。国际文献“A fault tolerance framework for cooperative robotic manipulators”中讨论协同合作操作器的容错问题，主要针对自由摆动、链接断裂、关节锁住、错误检测四类故障进行了讨论，并提出了一种容错框架。国际文献“Amethodology for actuator failure recovery in parallel manipulators”提出了一种针对并联操作器错误后恢复的方法，主要是理论上应用冗余特性建立备用运动控制策略实现容错，但没有考虑实际工程实践中的一些如机械间隙等问题。国际文献“Design modification ofparallel manipulators for optimum fault tolerance to joint jam”中提出一种并联机构关节阻塞最优容错的修正设计，在检测到主动关节发生错误时，由一个备份关节代替主动关节，从而机械手能够在发生故障后完成关键任务。综述上所述，国内外专利、文献表明目前最广泛的采用冗余、备用等方法、思想进行容错控制，较少有在此机制或思想上的进一步精准容错控制器的设计。