本发明专利技术提供了一种基于LabVIEW图形化编程软件，设计Delta机器人运动机构控制器的方法，用于改善系统的动态响应性能，提高跟踪的精度，属于机器人控制技术领域。首先基于Delta机器人的结构，求解机器人的运动学关系，构建末端执行器到运动各轴的逆运动学方程；利用五次多项式曲线拟合各轴的运动路径；由伺服电机的编码器反馈得到的信息，经FPGA模块处理得到位置偏差e，输入到模糊PI控制器内，控制器输出速度的脉冲信号；通过NI的PCI-7842R板卡上的FPGA模块驱动伺服电机驱动器，从而使电机准确快速地旋转到给定位置。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种基于LabVIEW图形化编程软件，设计Delta机器人运动机构控制器的方法，用于改善系统的动态响应性能，提高跟踪的精度，属于机器人控制
。首先基于Delta机器人的结构，求解机器人的运动学关系，构建末端执行器到运动各轴的逆运动学方程；利用五次多项式曲线拟合各轴的运动路径；由伺服电机的编码器反馈得到的信息，经FPGA模块处理得到位置偏差e，输入到模糊PI控制器内，控制器输出速度的脉冲信号；通过NI的PCI-7842R板卡上的FPGA模块驱动伺服电机驱动器，从而使电机准确快速地旋转到给定位置。【专利说明】
本专利技术涉及Delta机器人控制领域，具体是基于LabVIEW图形化编程软件，设计一 种Delta机器人运动机构的模糊PI控制器，改善系统的动态响应性能，提高跟踪的精度，属 于机器人控制
。
技术介绍
自1962年第一台工业机器人应用于生产线以来，机器人技术不断发展、完善和成 熟，目前已广泛应用于制造业、服务业、科学探索、医学、军事和航天等各个领域。工业机器 人可以代替人类完成大量高质量要求的工作，如汽车制造、电子产品制造、食品包装、物料 的搬运等。由于Delta机器人具备刚性强度大、速度快、精度高、承载能力强、动负荷小、结 构紧凑等特点，在工业领域分拣、插装等工序中有广泛的应用。通过何种控制方法使Delta 机器人手臂更加快速、精准、稳定地抓取物品，一直是Delta机器人的研究热点。Delta机器 人控制系统是一个非线性、多输入、多输出、强耦合的复杂系统，PI控制器处理系统不确定 性的能力有限，会造成控制的不准确和不稳定。模糊PI控制是根据控制规则决定控制量的 大小，其控制算法是根据现场实际运行情况及操作人员的经验，通过建立控制规则表，按照 模糊合成推理规则求出相应的控制量，再经过反复调试和修正，加上PI控制较好的稳态性 能，使被控对象具有良好的静态特性和动态特性。故模糊PI控制不需要知道控制对象精确 的数学模型，从而克服了复杂系统无法建立确定的数学模型的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于以LabVIEW图形化编程软件为平台，设计一种Delta机器人运 动机构的模糊PI控制器，改善系统的动态响应性能，提高跟踪的精度。 按照本专利技术提供的技术方案，所述Delta机器人运动机构的模糊PI控制器技术方 案包括如下步骤： 第一步，在立体钢结构支架内安装Delta机器人，所述的Delta机器人能够在立体 支架内运动；在钢结构立体支架前端安装工业智能相机，Delta机器人下方安装垂直于机 器人本体的传送带；在工业智能相机所在的位置建立相机坐标系，在Delta机器人的静平 台上建立机器人的基坐标系；在工控机上安装NI的PCI-7842R板卡，通过信号转接板连接 到伺服电机驱动器。 第二步，当传送带上有物件传送时，工业智能相机识别物件的像素位置，并转化到 相机坐标系的位置，由相机坐标系的位置通过外参数矩阵转化到基于机器人基坐标的位 置；在运动过程中，通过传送带上编码器反馈的信息对物件的位置进行实时更新，当物件到 达机器人工作区域时，机器人完成将传送带上的物件抓取到另一固定位置。 第三步，建立Delta机器人的运动学模型，确定各运动轴位置（θ ρ Θ 2, Θ 3)与末 端执行器位置坐标（x，y)的对应关系，即位置逆解模型。通过已知机械臂末端的位置，求解 主动臂的转角。 第四步，在关节空间中根据作业任务的要求，由起始点和终止点的位置、速度和加 速度，计算出预计的运动轨迹，采用五次多项式插值规划关节空间的运动轨迹。 第五步，Delta机器人的运动机构即伺服电机，由伺服电机的编码器反馈得到伺服 电机的当前位置信息，经NI板卡上的FPGA模块处理后传送到工控机，由给定转角位置与当 前的角度位置得到位置偏差e，输入到模糊PI控制器，控制器输出速度的脉冲信号，通过NI 板卡上的FPGA模块输出到伺服驱动器，使电机旋转到给定位置。 所述第二步包括如下步骤： 2. 1、在获取像素点坐标后，需要通过标定得到的内外参数求取基于并联机器人的 基坐标。所谓相机标定，就是根据给定的相机模型求取相机的内部参数、外部参数。采用张 正友方法进行相机标定，相机坐标系下的参数求取如下： 【权利要求】1. 提出了，其特征是在关节空间 中，采用五次多项式插值规划运动轨迹；采用LabVIEW的FPGA模块和PCI-7842R模块开发 FPGA程序，定制I/O及控制硬件电路；设计模糊PI控制器，实现Delta机器人的运动控制； 包含以下几个步骤： (1) 建立支架安装Delta机器人、工业智能相机、传送带编码器等组件； (2) 建立工业智能相机坐标和Delta机器人的坐标转换关系； (3) 采用五次多项式插值规划关节空间的运动轨迹； (4) 编写FPGA程序并设计模糊PI控制器。2. 根据权利要求1所述Delta机器人运动机构的模糊PI控制器设计方法，其特征是： 所述步骤（1)中建立支架安装Delta机器人、工业智能相机、传送带编码器等组件，包含以 下步骤： 在立体支架130内安装四自由度Delta机器人110,所述四自由度Delta机器人110能 在立体支架130内运动；在立体支架130的前端采用全局方式安装工业智能相机100,立体 支架130内设置传送带120,传送带120的运动方向垂直于四自由度Delta机器人110的运 动平面，工业智能相机也安装在支架130上，传送带120后端安装传送带编码器140。3. 根据权利要求1所述Delta机器人运动机构的模糊PI控制器设计方法，所述步骤 (2) 中建立工业智能相机坐标和Delta机器人的坐标转换关系，包含以下步骤： 第一步、建立工业智能相机模型，存在：其中，（u，V)为成像平面上的像素坐标，（x。，y。，z。）为物件在相机坐标系下的表示；通 过计算出矩尚以求取物件基于相机坐标系的位置（x。，y。，z。）； 第二步、由' =MwIixwywzwI]'建立相机坐标系和机器人基坐标的关系，Mw是外参数矩阵。4. 根据权利要求1所述Delta机器人运动机构的模糊PI控制器设计方法，所述步骤 (3) 中机器人关节空间轨迹规划，包含以下步骤： 第一步、获取起始点和终止点的限制条件，即起始点和终止点的关节角度9〇、0f，起始 点和终止点的速度夂、<，起始点和终止点的加速度4、& 第二步、由起始点和终止点的限制条件，求解出五次多项式插值函数的各项系数。5. 根据权利要求1所述Delta机器人运动机构的模糊PI控制器设计方法，所述步骤 (4) 中编写FPGA程序并设计模糊PI控制器，包含以下步骤： 由伺服电机的编码器反馈得到伺服电机的当前位置信息，经NI板卡上的FPGA模块处 理后传送到工控机内，将给定转角位置与当前的角度位置作差得到位置偏差e，输入到模糊PI控制器内，控制器输出速度的脉冲信号，通过NI板卡上的FPGA模块驱动伺服电机驱动 器，从而使电机旋转到给定位置。【文档编号】G05B13/04GK104267598SQ201410482756【公本文档来自技高网...
【技术保护点】
提出了一种Delta机器人运动机构的模糊PI控制器设计方法，其特征是在关节空间中，采用五次多项式插值规划运动轨迹；采用LabVIEW的FPGA模块和PCI‑7842R模块开发FPGA程序，定制I/O及控制硬件电路；设计模糊PI控制器，实现Delta机器人的运动控制；包含以下几个步骤：(1)建立支架安装Delta机器人、工业智能相机、传送带编码器等组件；(2)建立工业智能相机坐标和Delta机器人的坐标转换关系；(3)采用五次多项式插值规划关节空间的运动轨迹；(4)编写FPGA程序并设计模糊PI控制器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：白瑞林，曹沁婕，殷国亮，梁兆瑞，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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