[发明专利]并联机器人的建模方法、建模系统、控制方法及控制系统

说明书

本发明公开一种并联机器人的建模方法、建模系统、控制方法及控制系统，其中，所述并联机器人的建模方法包括建立并联机器人的无约束系统模型；将物理约束转换为特定数据形式引入，以获取满足给定物理约束的约束力解析数据；以及将所述约束力解析数据附加到所述无约束系统模型中，以获取所述并联机器人的动力学模型。利用本发明建立的动力学模型中约束力是解析解的表达式，并且建模的过程步骤清晰简洁，具有普遍性、系统性和简单性，而且经过仿真模拟分析，该通过该方法建立的动力学模型具有有效性和准确性。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及并联机器人的建模方法、建模系统、控制方法及控制系统。

背景技术

并联机器人是由动平台(或称为末端)和静平台(或称为支架)以及连接着它们的若干运动分支(或称为腿)组成的机械系统，具有动力性能好、承载能力强、精度高及刚度大等优点，目前在工业，医疗和航空等领域上得到了广泛应用，如高精度机床，太空探索，医学和微动装置。为了实现高精度控制，需要一个准确的并联机器人动力学模型。但由于并联机器人结构之间耦合关系十分复杂，其动力学模型通常是一个多参数耦合及高度非线性的复杂系统，这使得并联机器人的动力学分析和建模十分困难。对机器人进行动态建模常用的几种方法包括牛顿-欧拉法、拉格朗日-达朗贝尔法、凯恩法，Gibbs-Appell法、虚工原理和汉密尔顿原理等。

牛顿-欧拉法的思路比较简单，直观易懂，是最为常见的一种动力学建模方法之一，但在并联机器人的动力学建模中需要写出每个连杆的运动方程，随着并联机器人自由度数目的增加，所需要建立的方程个数会增加，使得推导过程复杂繁琐。拉格朗日法推导过程相对简单，建立的模型比较简洁，但是对于杆件数目比较多的并联机器人，则系统变量的数目会明显增多，迭代步骤复杂，建模工作量大。拉格朗日和达朗贝尔法相结合能够简洁的表达并联机构的闭环广义力，计算速度高于拉格朗日法，但是步骤复杂，计算量大。凯恩方法能得到形式相对简洁的动力学模型，但是建模思路相对于其它方法来说，比较抽象难懂。上述传统的并联机器人动力学建模方法在工程实际中虽得到了广泛的应用，但随着机构的复杂度增加或者当约束为非完整约束时，建模过程会变得十分困难。

并联机器人的动力学建模方法研究中，目前还缺少一种能够系统、简洁的动力学解析建模方法和控制方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种并联机器人的建模方法、建模系统、控制方法及控制系统，用于解决对于并联机器人进行动力学分析和建模时十分困难的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种并联机器人的建模方，所述并联机器人的建模方法包括：

建立并联机器人的无约束系统模型；

将物理约束转换为特定数据形式引入，以获取满足给定物理约束的约束力解析数据；以及

将所述约束力解析数据附加到所述无约束系统模型中，以获取所述并联机器人的动力学模型。

在一实施例中，所述建立并联机器人的无约束系统模型的步骤包括：

将并联机器人分割成若干独立的无约束子系统；

获取每个所述无约束子系统的无约束子系统模型；

将全部的所述无约束子系统的无约束子系统模型联立以形成所述并联机器人的所述无约束系统模型。

在一实施例中，利用拉格朗日法获取每个所述无约束子系统的无约束子系统模型。

在一实施例中，利用牛顿-欧拉法获取每个所述无约束子系统的无约束子系统模型。

在一实施例中，所述物理约束包括基座约束和末端执行器约束。

在一实施例中，所述并联机器人包括2自由度冗余驱动并联机器人。