[发明专利]一种高速并联机器人的模糊耦合控制方法

说明书

本发明公开了一种高速并联机器人的模糊耦合控制方法，属于机器人运动控制领域，以并联机器人驱动关节伺服系统为被控对象，在采用模糊PID控制的基础上，通过对其他关节的速度及加速度进行阈值判断，调用修正算法修正模糊PID控制的输出值，考虑关节间的耦合效应，实时调节控制器参数。本发明在实现修正模糊调整量时，可兼顾考虑关节间的耦合作用与避免辨识受控对象的精确数学模型，算法简单，占用硬件资源少，易于实现。

技术领域

本发明属于机器人运动控制领域，涉及机器人技术和自动化领域，可有效提高高速并联机器人末端执行器的运动控制精度，尤其涉及一种高速并联机器人的模糊耦合控制方法。

背景技术

工业机器人位置环控制器普遍采用PID控制器。这种控制器结构简单、鲁棒性强、可靠性高，在工业控制过程中占有主导地位。然而，工业机器人驱动关节负载惯量具有随机器人位形变化的特点，采用固定增益的控制器难以满足工作空间全域的高速高精度应用需求。模糊PID作为一种新型的智能控制器，可实现PID参数在线自整定，具有较好的鲁棒性。然而由于未考虑机器人高速运动时关节间耦合作用力矩产生的扰动，跟随精度难以达到较高水平。因此，亟需一种适用于工业机器人的模糊耦合控制方法，将模糊算法和考虑这种耦合效应的修正算法相结合，以提高机器人高速、高加速运动时的跟随精度。

发明内容

本部分的目的是在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述背景技术描述中存在的问题，提出了本发明，因此，本发明其中一个目的是提供一种高速并联机器人的模糊耦合控制方法，在实现修正模糊调整量时，可兼顾考虑关节间的耦合作用与避免辨识受控对象的精确数学模型，算法简单，占用硬件资源少，易于实现。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高速并联机器人的模糊耦合控制方法，以并联机器人驱动关节伺服系统为被控对象，在采用模糊PID控制的基础上，通过对其他关节的速度及加速度进行阈值判断，调用修正算法修正模糊PID控制的输出值，考虑关节间的耦合效应，实时调节控制器参数；包括以下步骤；

S1、模糊调节PID控制器参数；

在关节控制系统上，以误差e和误差变化率e_c作为模糊控制器的输入量，输入量经过模糊化与模糊推理之后得出模糊控制器的输出，即ΔK_Pi0、ΔK_Di0、ΔK_Ii0(i＝1,2,3,4代表并联机构各驱动关节)，分别表示机器人第i个驱动关节PID控制器的比例(P)、微分(D)、积分(I)参数的模糊调整量初值；；

S2、调整量修正算法；

设定四自由度高速并联机器人各关节速度加速度的门限值与即当关节速度与加速度超过所设定的门限值时，需要在控制器参数调整时考虑耦合作用产生的扰动，以提高系统的抗干扰能力(j＝1,2,3,4代表除被控关节以外的其他关节)；

实时采集各关节速度 加速度并与二者的门限值与比较，当满足或时，设模糊调整量的修正值η_ci为否则模糊调整量的修正值为0，控制器参数的模糊调整量可由下式确定

ΔK_Pi＝ΔK_Pi0+η_ci，ΔK_Di＝ΔK_Di0-η_ci，ΔK_Ii＝ΔK_Ii0+η_ci

式中，ΔK_Pi0、ΔK_Di0、ΔK_Ii0分别表示模糊控制器输出的PID参数调整量初值。