[发明专利]一种机械臂及智能控制技术

权利要求书

1.一种机械臂智能控制方法，其特征是，该智能控制方法是基于机械臂运动抖动补偿的模糊pid遗传智能控制算法，包括以下步骤：

步骤1，建立机械臂运动系统模型，包括：液压系统、载物装置和机械臂；机械臂由四伸臂组成，其中每个伸臂通过滑轮组和5条拉索采用嵌套组合形成机械臂，接触端采用滑块导向运动；1、2、3号为伸出拉索，4、5号为回缩拉索；

1号拉索：一伸臂拉动二伸臂伸出，其中ν₀=0，ν₁=ν_油缸，ν₂=2ν₁；

2号拉索：二伸臂拉动三伸臂伸出，ν₁=ν_油缸将一伸臂看做静止，其中ν₁’=0，ν₂’=2ν₁-ν₁=ν₁，ν₃’=2ν₂’=2ν₁，ν₃=ν₃’+ν₁=2ν₁+ν₁=3ν₁；

3号拉索：三伸臂拉动四伸臂伸出，将二伸臂看成静止，其中ν₂’=0，ν₃’=3ν₁-2ν₁=ν₁，ν₄’=2ν₃’=2ν₁，ν₄=2ν₄’+2ν₁=2ν₁+2ν₁=4ν₁，臂伸出速度总结ν₀=0，ν₁=ν₁，ν₂=2ν₁，ν₃=3ν₁，ν₄=4ν₁；

4号拉索：一伸臂拉动二伸臂回缩，其中ν₁=ν_油缸，ν₀=0，ν₂=2ν₁；

5号拉索：二伸臂拉动四伸臂回缩，将二伸臂看做静止，则ν₁’=-ν₁，ν₄’=2ν₁，ν₄=4ν₁；

臂回缩速度ν₀=0，ν₁=ν₁，ν₂=2ν₁，ν₃=3ν₁，ν₄=4ν₁；

ν₀表示基本臂速度，ν_油缸表示机械臂供油缸的运动速度，ν₁表示一伸臂速度，ν₂表示二伸臂速度，ν₃表示三伸臂速度，ν₄表示四伸臂速度，ν₁’表示一伸臂相对ν₀速度，ν₂’表示二伸臂相对ν₀速度，ν₃’表示三伸臂相对ν₀速度，ν₄’表示四伸臂相对ν₀速度；

步骤2，采集机械臂参数信息获取机械臂液压系统的活塞有杆腔面积A₂，活塞无杆腔面积A₁，液压缸活塞内泄漏系数C_ip；液压缸活塞外泄漏系数C_Ip，液压缸活塞有效泄漏系数C_tp，无杆腔体积V₁，有杆腔体积V₂，液压油体积弹性模量Ec；

步骤3，求解机械臂模型系统中机械伸臂的伸出部分和载重物部分的抖动幅度函数关系为

x_p=tan(θ)y(t)

液压缸无杆腔和有杆腔的流量分别为：

q₁=A₁ý+V₁dp₁/E_cdt+C_ipP_L+C_tpP₁

q₂=A₂ý+V₂dp₂/E_cdt-C_ipP_L+C_tpP₂

q=(q₁+q₂)/2

伺服阀流量方程为：

q=K_qX_v-K_cP_l

液压缸受力平衡方程为：

A_pP_l=Mÿ(t)+f(t)

式中，活塞压力差为P_L，伺服阀的流量增益系数为K_q，伺服阀的流量压力系数为K_c，阀芯的偏移量为X_v，q是负载流量，y(t)是活塞运动量，液压油体积弹性模量为Ec，q₁为无杆腔流量，A₁为活塞无杆腔面积，P₁为无杆腔的液压油压力，V₁为无杆腔体积，A₂为活塞有杆腔面积，P₂为有杆腔的液压油压力，V₂为有杆腔体积，q₂为有杆腔流量，x_p为抖动幅度，θ为用水平仪测量的偏移角度，A_p为有效作用面积，M为液压缸活塞杆相连的伸出部分全部物体质量之和；

步骤4，由G(s)=L[u_o(t)]/L[u_i(t)]建立求解产品运动过程的供油流量与抖动幅度传递函数

G(s)=4tan(θ)(A_pS+(iV₁S(2E_c(1+i²))^-1+K_c)MS²(A_p)^-1)^-1；

其中i为无杆腔比有杆腔面积比，S为与频率相关的变量，以分析信号频谱上的特性；

步骤5，对求解出的控制系统传递函数利用模糊pid遗传智能控制算法计算参数并获得阶跃响应曲线。