[发明专利]机械臂控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械臂领域，尤其涉及一种通过各关节动作角度实时反馈补偿，实现机械臂动作时无重力干扰的重力解耦技术。

背景技术

目前，多关节机械臂普遍采用控制器参数整定的控制系统，该系统是通过信号发生器产生相应的动作信号，控制器对动作信号整定，整定后的信号输入各臂关节驱动器，关节驱动器工作产生扭矩带动各臂动作。该系统通过控制器的参数整定，减小了动作信号带来的超调及机械臂稳定后的静态误差，实现了机械臂稳定有效的动作。根据行业标准，机械臂动作的超调误差应不大于3%。随着技术的发展，用户对设备的操作性能要求越来越高。动作超调和动作时间是识别机械臂控制性能的重要指标。现在机械臂动作采取闭环控制，超调量基本能控制在1%以内。

传统控制器进行机械臂动作的参数整定时，一个幅值动作信号就需要一组控制器整定参数。而当机械臂执行某项任务时，任务必然是由多个动作组成，若要动作有效稳定，也就意味着需要无数组控制器参数。这无疑增加了控制器的控制难度和工作人员的工作强度。同时由于工作环境因素，机械臂工作始终受到重力因素的影响，使机械臂控制成为非线性控制，机械臂在不同的位置，各关节受到的重力力矩也不同。这使控制难度增加不少，容易造成控制超调和偏差等不稳定情况。因此对于机械臂的连续稳定有效动作存在着一定的难度。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种机械臂控制系统及控制方法，能克服机械臂动作时重力因素的影响，降低机械臂的控制难度，不仅能在机械臂动作时完全抵消重力对各臂产生的力矩，而且其原理简单，容易实现，具有很强的应用性。

本发明的技术方案如下：一种机械臂控制系统，包括：控制器、限幅模块、关节驱动器和旋转关节，所述控制器与所述限幅模块相连，所述限幅模块与所述关节驱动器相连，所述关节驱动器与所述旋转关节相连，所述旋转关节与机械臂相连，在所述旋转关节上设置有角度传感器，所述角度传感器与重力解耦模块相连，所述重力解耦模块与所述关节驱动器相连。

本发明还提供了一种机械臂控制方法，包括如下步骤：

第一步、各关节驱动器从控制器获得整定后的动作控制信号，并将动作控制信号转化为扭矩信号，输入到各关节驱动器对应的各旋转关节上，各旋转关节做出相应的动作；同时，各旋转关节上的角度传感器实时检测各个机械臂与其旋转关节点右水平面逆时针的夹角，并输入给各臂对应的重力解耦模块中。

第二步、重力解耦模块根据力矩平衡原理，将这些夹角进行线性组合，得到各个关节需要补偿重力的扭矩值：

其中：L_1~n为机械臂各臂臂长，G_1~n为机械臂各臂所受到的重力，_1~n为各个机械臂与其旋转关节点右水平面逆时针的夹角；

第三步、把需要补偿的各重力扭矩补偿到相应的各旋转关节上。

与现有技术相比，本发明的优点是：能实现各关节动作时，其关节的重力因素影响完全得到补偿的效果。当机械臂动作时，可以克服重力对机械臂动作的影响，简化了机械臂的控制，实现了一组控制器参数可以整定动作幅值绝对值相同的机械臂动作，增加了控制器的适用性，减少了工作人员的工作强度。同时，本发明方法简单，实现容易，控制效果优异，进一步提高了机械臂系统的控制性能。  

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的流程原理图。

具体实施方式