[发明专利]一种基于角度传感器的串并联机器人末端姿态闭环控制方法

摘要

本发明涉及一种基于角度传感器的串并联机器人末端姿态闭环控制方法。本方法是：将角度传感器安装在串并联机器人末端法兰盘的安装槽中，并用螺钉固定，测量得到机器人在大地坐标系下绕x轴和绕z轴的姿态角。通过坐标转化，大地坐标系下的姿态角转化为机器人基坐标系下的位姿矩阵。然后根据串并联机器人的运动学模型，通过逆运动学求解得到当前位姿下机器人的实际关节变量，从而得到各关节的关节误差。对关节误差进行补偿，实现串并联机器人末端位姿的闭环控制。该方法基于角度传感器实现闭环控制，集成方便，不影响末端执行器的安装，能够提高机器人的末端姿态精度，适用于一些对末端姿态精度要求较高的场合。

主权项

1.一种基于角度传感器的串并联机器人末端姿态闭环控制方法，其特征在于采用如下闭环控制系统，包括逆运动学模型(4)、控制器(1)、系统传函(5)、角度传感器(2)和数据处理单元(7)；给定位姿XYZAB(3)通过逆运动学模型(4)求解得到串并联机器人的关节变量J,然后传递到控制器(1)，控制器(1)的控制信号传递到传动机构的系统传函(3)得到串并联机器人实际位姿X1Y1Z1A1B1(6)；角度传感器(2)检测到串并联机器人末端姿态角A1B1，并传递到数据处理单元(7)得到关节变量误差ΔJ，ΔJ与J的差值作为输入值传递给控制器(1)，实现串并联机器人末端姿态的闭环控制；具体操作步骤如下：1)将角度传感器(2)安装在串并联机器人末端法兰盘的安装槽(A)中，并用螺钉固定，在机器人运动过程中测得末端坐标系与大地坐标系x轴的夹角σ、与y轴的夹角θ；2)角度传感器(2)测得的基于大地坐标系的两个角度参数，以矩阵形式描述当前末端执行器在大地坐标系下的位姿Tw，通过坐标转换得到末端执行器在串并联机器人基坐标系下的位姿矩阵To；3)建立运动学模型，通过逆运动学求解得到当前位姿下串并联机器人的实际关节变量q′1,q′2,q′3,β′1,β′2，其中q′1代表支链1(3′)的实际关节长度，q′2代表支链2(5′)的实际关节长度，q′3代表支链3(4′)的实际关节长度，β′1代表旋转关节1(7′)的实际关节角度，β′2代表旋转关节2(8′)的实际关节角度；4)已知当前串并联机器人的关节控制变量q1,q2,q3,β1,β2，求出当前位姿下的关节变量误差Δq1,Δq2,Δq3,Δβ1,Δβ2，对各关节变量进行误差补偿，从而提高机器人的末端姿态精度,其中q1代表支链1(3′)的理论关节长度，q2代表支链2(5′)的理论关节长度，q3代表支链3(4′)的理论关节长度，β1代表旋转关节1(7′)的理论关节角度，β2代表旋转关节2(8′)的理论关节角度，Δqi＝qi‑q′i,i＝1,2,3；Δβi＝βi‑β′i,i＝1,2。