[发明专利]一种基于速度控制模式的机器人伺服力矩控制方法

说明书

本发明涉及一种基于速度控制模式的机器人伺服力矩控制方法，包括速度控制系统环路，通过在速度控制系统环路的PI控制器后增加一个可调节阈值的饱和器，当PI控制器输出的控制量达到饱和器上、下限阈值时，速度控制模式进入恒力矩控制模式从而实现伺服电机的恒力矩输出。本发明利用速度控制模式实现了机器人伺服力矩的控制，降低了实现力矩控制的成本，同时完成了力矩控制模式与速度控制模式的平滑转换，避免了机器人运动出现飞车的情况。

技术领域

本发明属于机器人控制技术，具体涉及一种基于速度控制模式的机器人伺服力矩控制方法。

背景技术

现有的伺服系统中实现力矩控制的方式一般是单独设计力矩控制环路，在力矩控制环路中附加力矩传感器，如图1所示，通过跟踪给定的力矩指令完成力矩控制。使用力矩传感器测量伺服电机输出的力矩大小，采用负反馈与力矩给定比较，将控制误差输入力矩控制器运算生产电机控制量，从而实现伺服系统力矩稳态无误差控制。单独设计力矩控制环路不仅增加了开发时间，同时附加的力矩传感器也增加了机器人的成本。概言之，现有技术对伺服电机的输出力矩的控制是设计单独的力矩控制环路。有鉴于现有技术对伺服电机力矩的控制存在设计开发周期长、成本相对较高的问题，本发明提供一种成本相对较低的基于速度控制模式的机器人伺服力矩控制方法，从而实现伺服电机的恒力矩输出。

发明内容

本发明意在提供一种基于速度控制模式的机器人伺服力矩控制方法，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

一种基于速度控制模式的机器人伺服力矩控制方法，包括速度控制系统环路，其改进之处在于：通过在速度控制系统环路的PI控制器后增加一个可调节阈值的饱和器，当PI控制器输出的控制量达到饱和器上、下限阈值时，速度控制模式进入恒力矩控制模式从而实现伺服电机的恒力矩输出。

优选的，将饱和器的阈值大小设定为跟随期望给定力矩值的变化而变化，定义伺服电机顺时针转动为正，逆时针转动为负，速度控制系统的速度给定值和饱和器阈值的设置满足以下关系：

其中T_up和T_down分别为饱和器的上、下限阈值，W_set为速度控制系统的速度给定值，T^*和|W_limit|分别为用户期望给定的力矩值和速度边界限定值，|W_limit|是防止伺服电机飞车的最大速度值，T_limit是当伺服电机出现飞车时能及时实现转速控制的反向控制力矩值，T_limit不受饱和器的限制；其中的问号为条件运算符，表示根据问号前的条件表达式选择冒号两边的值，条件表达式为真将选择冒号前的值，反之选冒号后的值。

优选的，当用户期望伺服系统输出正力矩时，速度控制系统中的饱和器的上限阈值T_up设置为T^*，饱和器的下限阈值T_down设置为-T_limit，速度给定值W_set设置为|W_limit|，输入PI控制器的速度偏差ΔW为正，经过PI控制器的积分作用，PI控制器的输出不断累加，最终超过饱和器的上限阈值T_up，速度控制系统控制伺服电机输出大小为T^*的恒力矩。

优选的，当用户期望伺服系统输出负力矩时，速度控制系统中的饱和器的上限阈值T_up设置为T_limit，饱和器的下限阈值T_down设置为T^*，速度给定值W_set设置为-|W_limit|，输入PI控制器的速度偏差ΔW为负，经过PI控制器的积分作用，PI控制器的输出不断负向累加，最终超过饱和器的下限阈值T_down，速度控制系统控制伺服电机输出大小为T^*的恒力矩。