[发明专利]基于约束力的SCARA机器人的控制设计方法及其装置及控制器

说明书

本发明公开了一种基于约束力的SCARA机器人的控制设计方法及其装置及控制器，该方法包括以下步骤：建立SCARA机器人的动力学模型；根据动力学模型，分析并定义出SCARA机器人的系统约束力表达形式；根据系统约束力表达形式，设计SCARA机器人的约束力控制器；分析约束力控制器的稳定性，以获取相应的稳定性参数；对约束力控制器进行多次仿真，并调节稳定性参数直至稳定性参数位于预设参数范围内。本发明通过U‑K方法将机器人的系统约束力转换为一种解析解形式，以具体的数值表达出来，可以在不出现拉格朗日乘子的情况下得到约束力的解析解，以将机器人系统分为两部分，并分别设计其U‑K控制和鲁棒控制部分，进而设计出针对柔性关节的约束力控制器。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域的一种控制设计方法，尤其涉及一种基于约束力的SCARA机器人的控制设计方法，还涉及一种基于约束力的SCARA机器人的控制设计装置以及通过该设计方法设计出的鲁棒控制器。

背景技术

随着现代科技的发展和工业水平的提高，现代工厂对机器人的需求也是越来越大，同时随着工艺水平的提高，人们对加工精度的要求也在不断提升，这就需要对机器人有着良好的控制要求。传统方法将SCARA机器人看作一个刚性系统进行控制，但实际中这个系统并不是完全刚性的，关节之间因为减速器以及自身结构、材料的原因存在一定的柔性。一般约束力可以分为两种，即环境约束和伺服约束，前者是由外部环境产生的约束力，后者则是由电机产生用来驱动机器人运动的控制力。

但是，柔性SCARA机器人是一个欠驱动的系统，即这个系统有着比他自身自由锻更少的输入，是一种非完整约束系统，且约束方程不可积分，约束力很难精确描述。这样，在对柔性SCARA机器人进行控制时，柔性SCARA机器人的系统稳定性就会较差，从而影响了机器人的使用。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提供一种基于约束力的SCARA机器人的控制设计方法及其装置及控制器，解决了现有的柔性SCARA机器人的系统稳定性就会较差，从而影响了机器人的使用的问题。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于约束力的SCARA机器人的控制设计方法，其包括以下步骤：

步骤S1，建立所述SCARA机器人的动力学模型；

步骤S2，根据所述动力学模型，分析并定义出所述SCARA机器人的系统约束力表达形式；

步骤S3，根据所述系统约束力表达形式，设计所述SCARA机器人的约束力控制器；

步骤S4，分析所述约束力控制器的稳定性，以获取相应的稳定性参数；

步骤S5，对所述约束力控制器进行仿真，并判断所述稳定性参数是否位于一个预设参数范围内；

在所述稳定性参数未在所述预设参数范围内时，先调节所述稳定性参数，再执行步骤S4；

在所述稳定性参数位于所述预设参数范围内时，结束设计。

作为上述方案的进一步改进，所述SCARA机器人具有柔性关节，所述柔性关节包括多根连杆，相邻的两根连杆之间通过一个弹性件相连。

进一步地，在步骤S1中，所述动力学模型的表达形式如下：