[发明专利]直角坐标机器人迭代滑模交叉耦合控制方法

说明书

本发明公开了一种直角坐标机器人迭代滑模交叉耦合控制方法。所述控制方法包括以下过程：建立所述直角坐标机器人轮廓误差模型和直流电机模型，以及建立滑模速度控制器、迭代学习位置控制器、轴间变增益交叉耦合控制器，进行迭代滑模交叉耦合控制。其中滑模速度控制器用以抑制非周期干扰，迭代学习位置控制器用以减小跟踪误差，轴间变增益交叉耦合控制器用以减小轮廓误差。本发明所构建的迭代滑模交叉耦合控制器具有较高的轮廓精度和较强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及直角坐标机器人控制技术领域，特别是一种直角坐标机器人迭代滑模交叉耦合控制方法。

背景技术

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备，代表着未来智能装备的发展方向。目前，国内外汽车、电子电器、工程机械等行业已大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量和生产高效率。

工业机器人按坐标形式可以划分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型机器人和多关节型机器人。作为工业机器人其中的一种类型，直角坐标机器人(Cartesian Robot)具有超大行程、负载能力强、动态特性高、扩展能力强、简单经济、寿命长等特性，由于可以在末端加持不同操作用途的工具，适用于多品种、便批量的柔性化作业，完成如焊接、码垛、包装、点胶、检测、打印等一系列作业。

直角坐标机器人的三轴运动控制是机器人的灵魂所在，对轮廓误差控制的好坏将直接影响末端执行器的位姿精度。目前，国内外学者对直角坐标机器人运动控制的研究着重于对单轴进行跟踪控制，主要手段包括摩擦力补偿、前馈控制和扰动补偿等。但是，上述方法对三轴同步、轨迹跟踪和轮廓误差控制的提升是有限的。系统外部扰动和参数摄动会严重影响三轴同步、轨迹跟踪和轮廓误差控制的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、鲁棒性好的直角坐标机器人迭代滑模交叉耦合控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种直角坐标机器人迭代滑模交叉耦合控制方法，所述控制方法包括以下两个过程：

建立所述直角坐标机器人轮廓误差模型和直流电机模型，以及

建立滑模速度控制器、迭代学习位置控制器、轴间变增益交叉耦合控制器，进行迭代滑模交叉耦合控制。

进一步地，所述直角坐标机器人轮廓误差模型的建立过程如下：

假设t₀时刻，在直角坐标系中，P为末端执行器的实际位置，坐标为(a,b,c)；F(t)为期望轨迹；R为期望位置，坐标为(x₁,y₁,z₁)，则为直角坐标机器人的跟踪误差向量，记作在三轴上的投影分别为e_x、e_y、e_z，即三轴各自的跟踪误差；R′坐标为(x₀,y₀,z₀)，直线RR′为轨迹F(t)在R处的切线；从P处向直线RR′作垂线，垂足为Q，坐标为(x,y,z)，则为机器人的轮廓误差向量，记作在三轴上的投影分别为ε_x、ε_y、ε_z，即三轴各自的轮廓误差；

由几何分析得跟踪误差向量和向量的表达式为：

由R、Q、R′三点求得直线RR′的线性方程为：

求得向量的表达式为：

已知直线PQ与直线RR′互相垂直，则向量与向量內积为零，表示为：

将式(2)和式(4)代入式(5)中，求得：