[发明专利]一种多关节机器人伺服增益一致性控制方法

说明书

本发明提供了一种多关节机器人伺服增益一致性控制方法，包括输入模块、速度环控制器(1)、电流环控制器(3)、实际惯量负载(4)、补偿环节控制器B(6)、补偿环节控制器A(2)和理论惯量负载(5)；所述速度环控制器(1)连接所述电流环控制器(3)；所述电流环控制器(3)连接所述实际惯量负载(4)；所述实际惯量负载(4)连接所述补偿环节控制器B(6)；所述补偿环节控制器A(2)连接所述理论惯量负载(5)；所述理论惯量负载(5)连接所述补偿环节控制器B(6)。本发明的有益效果是：使得每一个关节伺服系统具有基本一致性的控制增益，达到基本一致性的动态性能。

技术领域

本发明涉及机器人伺服驱动控制技术，特别涉及一种多关节机器人伺服增益一致性控制方法。

背景技术

传统的伺服控制，需要先知道伺服电机端负载的负载惯量，然后依据该惯量大小给出控制环节的控制增益参数，以达到一定的控制性能。这种传统的控制方式如果应用到多关节的机器人本体上，调试难度增加，因为并不能精确的识别出各关节的等效惯量，即使某关节等效负载惯量被识别出，那么随着机器人姿态的动作变化，等效的惯量也会变化，那么原来设置好的控制参数也不适应新的工况条件了。这就造成机器人各关节动作性能的差异，以至于最终影响机器人整体性能。

因此，针对多关节机器人伺服这一应用领域，需要有针对性的或者特殊的控制策略或方法来适应这种特殊应用工况的需求。

如发明专利号为CN110083127A的专利就提出了一种在线识别关节伺服系统惯量的方法。在该发明中，通过获取各关节的实际转动位置确定关节执行电机端的负载惯量，然后根据各关节执行电机端的负载惯量确定各速度环的最优增益，最后根据各速度环的最优增益对各关节对应的伺服驱动器进行控制，从而克服了现有的应用精度低及响应慢的问题。本质上该发明是一种在线识别惯量进而设置控制环增益的方法，其关键点在于在线识别惯量，然而，在线识别惯量需要特定的运动轨迹要求，并非所有的伺服电机的工况都能适合这一要求，这是其一个缺点；另外，获取到的数据进行处理，然后根据算法得到惯量的值，再对控制环增益参数进行设置，这一处理过程对控制系统的数据处理能力及速度提出了很高的要求，要快速实现这一过程，并进而使得设置的控制环增益参数产生效果，这一计算过程本身存在滞后，这种滞后严重的话导致整个控制系统的崩溃，对系统稳定性产生极大影响，这是该发明的另外一种缺点。再者，该发明需要整个机器人的上位坐标系作为计算参考，这意味着单独的关节伺服系统并不能完成本发明的任务，需要上位机器人控制器的控制、处理并把计算结果分发给每一个关节伺服驱动器，这一过程增加了适用性难度及系统复杂度，这是该发明缺点之一。

又如，发明专利申请号为CN201811622861.8的专利提出了一种机器人伺服控制方法，其实质是在控制环路中施加了力矩前馈指令值对各关节伺服电机力矩进行前馈补偿，从而提高机器人在加减速阶段的动态跟踪性能。在本发明中，并没有对每一个关节伺服电机系统的惯量进行识别进而设置控制环路参数，其采用了另一种思路对控制性能进行补偿，进而从一定程度上补偿一定的动态性能。其关键点是要实时获取各关节电机的实际力矩作为前馈补偿的计算基础，而实际力矩的获取本发明是通过各关节的动力学参数结合速度规划得到，这需要上位机器人控制器速度规划数据的实时参与提供，这种处理方式以及得到实际力矩的精度具有不确定性，尤其在突加负载或者负载突变的情况下，容易造成实际力矩估算误差增大甚至失败，从而造成前馈补偿失败，反而造成系统不稳定，这是其缺点；另外，该发明在补偿较成功的前提下，对系统加减速过程具有作用，但可能对瞬时负载突变有效范围有限，并非能实时的动态的进行前馈补偿，使其应用效果受到一定限制。

故市场亟需一种多关节机器人伺服增益一致性控制方法，使得每一个关节伺服系统具有基本一致性的控制增益，达到基本一致性的动态性能，从而消除了多关节伺服系统的调节控制的短板，提高机器人伺服系统性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种多关节机器人伺服增益一致性控制方法，本发明的技术方案是这样实施的：