[发明专利]用于控制并联式冗余驱动自动装置的方法，相关的控制装置及自动装置

说明书

技术领域

本发明涉及控制并联式冗余驱动自动装置的方法与装置，以及受此类装置和/或根据此类方法进行控制的自动装置。本发明范围延伸至高速和高加速应用的冗余并联式驱动的自动装置，特别是操作用机器人。

背景技术

针对高执行频率的呆板勤务，通常都会使用自动装置来执行—尤其是操作型自动装置，称之为“并联式”，意指呈现出的型态是由数个并联式矩阵机械传动来驱动的框架和活动部件。和活动部件（工具、被移动的目标物等）的惯性相比，这种机械传动操作可以获得更大的动力。因此，可藉由这类被称为“冗余”的驱动装置来达到提升位移速度和加速度的目标，在装置含有更多驱动机械传动力的同时，空间中活动部件不会呈现自由度。举例而言，Corbel与其它人在IEEE国际自动装置与自动化大会提出“以并联运动机械（Parallel Kinematic Machines；PKM）迈向100G重力加速度，冗余驱动是捡拾与放置的好方案吗？”报告第4675-4682页所说明的并联式操作器R4，包括透过四道机械传动之四个驱动器所驱动的活动部件。活动部件包括攫握工具，可依据三个自由度而在空间中移动。

藉此方法，我们了解到自动装置的并联式冗余驱动控制方法，其中活动部件的控制轨道被转换成驱动机械传动之驱动器的控制轨道。这些驱动器控制轨道在接受电子处理模块的处理前，被拿来与驱动器位置的测定相比较，电子处理模块的例子有比例-微分（PD）类和比例-积分-微分（PID）类。此处理模块以这种方式产生驱动器控制。

在某些已知方法中，会将每个驱动器预期动作所产生的调节项（有时英语称为「前馈」）加入驱动器的控制中。

然而，这些已知方法仍有许多缺点，限制了并联式冗余驱动在自动装置效能上的表现。

实际上，在具有并联式冗余驱动的自动装置中，活动部件的至少一个自由度会依至少两驱动器的位置而定。然而驱动器的调节与控制，会从驱动器本身而非活动部件的位置测定开始。如此一来，无法避免的几何误差（热源加热、制造公差、弹性等等）可以引导两个驱动器产生对立行为，以加入其每一个指令位置中（对应行动部件的控制位置），藉此引导重要的内部机械应力发展。

这些内部机械应力，皆大于包含积分项的处理模块（或调节器），其中积分项同时计算驱动器指令与测量位置之间的误差，并藉由两个施行相对应力的驱动器来增加机械应力。在实际作业中，必须压抑控制住此类已知自动装置的最大加速效能，以避免机械性破裂。

此外，还有例如活动部件定位不精准的缺点。事实上，驱动器很少会只到达其指令位置，其会保持活动状态，所以会在自动装置控制程序要求活动部件按静止位置指示而行时，造成活动部件小小的移动（大约是几何缺陷般的规模）。

此外，如为复杂的处理情况，要处理并联式驱动器位置中数个误差信号则需资源和大量计算时间。实际上，控制指令每个控制环的实现时间都比误差信号的处理本身要来得长。

因此发明的目标在于减少这些缺点。

发明内容

发明的目标尤其在于提出有关并联式冗余驱动自动装置的快速执行控制方法，尤其允许达到高加速度。

发明亦以提出让活动部件位置产生高精确度之方法为目的。

发明亦以提出简化自动装置并联式冗余驱动控制、缩短计算时间且可以利用普通信息运算资源执行计算之方法为目标。

发明尤其以提出可与此类自动装置之不可避免几何误差兼容的方法为目标。

此外，发明尤其以提出执行起来不昂贵、仅需软件或对控制装置进行电子修正即可的方法。

在发明的范围内，我们藉由在机械链带终端处、结合工具和/或可移动对象和/或平盘等物的“活动部件”进行设计，其中移动动作为使用自动装置之目的。

本发明涉及一种自动装置控制方法，包括：

-框架，

-由多个机械传动装置相对于所述框架驱动的活动部件，所述机械传动装置的数目严格大于活动部件的自由度数目，所述机械传动装置彼此并联并且每个都由至少一个驱动器所驱动，所述驱动器包括：

-固定在框架上的主体，

-所述机械传动装置的驱动机构，

-用以产生信号的位置传感器，所述信号即测量到的位置信号，代表该驱动机构的位置，

所述方法，其中，针对每个所述驱动器，驱动器误差信号是通过比较所述驱动器测量到的位置信号和该驱动器的位置指令信号而得来，

其特征在于：

-藉由应用代表所述机械传动装置的运动特征的数据将所述驱动器误差信号被转换为活动部件位置误差的信号，即活动部件误差信号，