[发明专利]一种五自由度混联机器人控制器参数自适应调整实现方法

摘要

本发明公开了一种五自由度混联机器人中并联机构控制器参数自适应调整实现方法，包括以下步骤：(1)构建节点坐标序列；(2)构建节点控制器参数序列；(3)控制器参数在线估计与调整；本发明的有益效果是：本发明方法采用离线整定获得节点控制器参数序列，在线估计参考点位于任意点时驱动关节电机控制器参数的策略。控制器参数估算算法简单，占用硬件资源少，且与伺服控制算法相互独立，可在保证伺服控制稳定的前提下，实现控制器参数的自适应调整。

主权项

一种五自由度混联机器人控制器参数自适应调整实现方法，其特征在于包括以下步骤：(1)构建节点坐标序列，具体步骤为：根据含位置型三自由度并联机构的五自由度混联机器人的并联机构动平台参考点P的工作空间对称性，选取参考点的工作空间的中点P1及以参考点的工作空间的中平面为对称面，在所述的中平面的两侧的参考点的工作空间范围内对称选取2p个点共同作为节点，给全部节点设定编号并且记录每一个编号对应的节点在机器人坐标系下的坐标，构成节点坐标序列，所述的p为正整数；(2)构建节点控制器参数序列，具体步骤为：(a)令参考点P运动至参考点的工作空间的中点P1处，依次整定并联机构三个驱动关节电机的控制器参数，并将得到的控制器参数按节点编号记录；(b)令参考点P依次运动至中平面一侧的各个节点处，依次整定并联机构各个驱动关节电机的控制器参数，并将得到的参数按节点编号记录；(c)以驱动关节与静平台相连的铰链位于参考点工作空间中平面内的驱动关节的电机为1号电机，中平面左右两侧对称分布的电机分别为2、3号电机，依据参考点工作空间的面对称性以及所述并联机构在工作空间内的位形变化关于中平面对称的特点，2、3号电机的控制器参数也具有对称性，在得到中平面一侧各个节点处的整定结果后，动平台参考点位于另一侧任意节点处时2号驱动关节电机的控制器参数取与此节点对称的节点处的3号驱动关节电机的控制器参数，3号驱动关节电机的控制器参数取与此节点对称的节点处的2号驱动关节电机的控制器参数，1号驱动关节电机的控制器参数不变，得到参考点位于中平面另外一侧节点处时各个驱动关节电机的控制器参数；(d)由所述的步骤(a)、(b)和(c)中得到的各个节点处的驱动关节电机控制器的参数形成节点控制器参数序列；(e)将各个节点的坐标定义为全局变量并写入节点坐标序列寄存器，将与各个节点对应的并联机构的各个驱动关节的电机控制器参数定义为全局变量并写入节点控制器参数序列寄存器；(3)控制器参数在线估计与调整，具体步骤为：(a)将动平台参考点位于工作空间的中点时整定获得的控制器参数作为初始值，写入控制器参数寄存器中；(b)根据用户编写的NC数控加工程序，按给定的进给速率粗插补生成一系列机器人末端位姿指令，机器人从一个位姿运动至下一位姿所需的粗插补周期时间相等；(c)在每个粗插补周期中，机器人末端位姿经由位置逆解模块计算得到驱动关节的位置指令和动平台的参考点的坐标，然后将驱动关节的位置指令发送至控制算法模块，将动平台的参考点的当前坐标作为全局变量写入参考点坐标寄存器；(d)判断粗插补次数累加器计数，若达到n次，则清零累加器并执行独立于控制算法模块的控制器参数估算模块，调用参考点坐标寄存器中的数据、节点坐标序列寄存器中的数据和节点控制器参数序列寄存器中的数据，然后利用反距离权重法估算得到与动平台的参考点的当前坐标对应的驱动关节的电机控制器参数，并更新控制器参数寄存器中的当前变量数值；所述的反距离权重法为：动平台的参考点位于工作空间中任意点时的驱动关节的电机控制器参数是该电机在所有节点位置处控制器参数的加权估计，权重与动平台的参考点的当前位置与各节点间距离d的k次幂成反比，据此，在机器人坐标系下，第i个节点坐标为Pi(xi,yi,zi)，参考点所处位置的坐标为P(x,y,z)，第j个驱动关节电机的控制器参数利用下式求得：K^j=Σi=12p+1Ki,jdik/Σi=12p+11dik]]>式中，Ki,j表示在第i个节点处，第j个驱动关节的控制参数子序列，2p+1表示选取节点的数目，所述的i＝1,2,...,2p+1；所述的j＝1,2,3；k＝2；di表示参考点P与第i个节点间的距离，由下式确定：di=(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2]]>(e)控制算法模块读取控制器参数寄存器中更新后的各电机的控制器参数的当前数值，计算生成各驱动关节电机的控制信号，发送至伺服系统，进而控制电机运动；(f)控制算法模块运算完成一次后，粗插补次数累加器计数增加，进入下一粗插补周期，执行前述(c)、(d)、(e)三个步骤的运算。