一种3自由度气动机械手连续轨迹控制方法技术

一种3自由度气动机械手连续轨迹控制方法，通过采用合适的控制策略，气动比例/伺服位置系统完全可以弥补系统刚性差、抗外界干扰性差等弱点，气动比例/伺服位置控制系统可以实现较好的轨迹跟踪特性，可以与价格昂贵的电机伺服系统媲美，气动比例侗服位置控制系统以其结构简单、驱动功率较大、控制精度较高、性能价格比高等特点，在工业自动化领域具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械手，特别是一种3自由度气动机械手连续轨迹控制方法。
技术介绍
气动伺服控制技术在50年代末被用于航天领域，当时，英国的Shearer等人首先将其用于航天飞行器及导弹的姿势和飞行稳定控制系统中。早期的气动比例侗服系统，大都采用机械控制方式。气动比例／伺服位置控制系统，由于其刚性差、摩擦力不定等原因，使气动比例侗服控制系统在控制过程中易出现超调、相位迟后等，特别是在低速运行时出现爬行等现象。随着微电子技术的飞速发展，微电子技术被引入气动伺服系统，气动伺服控制技术，更确切的是电一气比例侗服控制技术，与机械反馈式控制系统相比，具有较高的控制精度和动态特性。进入90年代，气动比例侗服技术取得了很大的进展，“点一点”气动比例/伺服定位技术已被大量用于工业自动化流水线中，尽管如此，气动比例/伺服连续轨迹控制的研究还很少，更谈不上实用，而这对气动比例侗服技术是至关重要的。
技术实现思路
本专利技术提出了一种3自由度气动机械手连续轨迹控制方法，通过采用合适的控制策略，气动比例/伺服位置系统完全可以弥补系统刚性差、抗外界干扰性差等弱点，气动比例/伺服位置控制系统可以实现较好的轨迹跟踪特性，可以与价格昂贵的电机伺服系统媲美，气动比例侗服位置控制系统以其结构简单、驱动功率较大、控制精度较高、性能价格比高等特点，在工业自动化领域具有很好的应用前景。本专利技术所采用的技术方案是：所述3自由度气动比例侗服机械手采用直角坐标式结构，机构由支座、z轴模块、y轴模块和z轴模块组成，采用具有标准机械接口和电子接口的集成化模块，一方面可提高系统的可靠性，另一方面可快速组成机械手系统，降低气动机械手成本。所述控制系统由计算机通过A/D检测气缸两腔的压力和气缸活塞的位移，计算机根据给定信号和反馈信号经过一定的算法，通过D/A输出信号给电一气比例伺服阀，实现闭环控制。所述控制系统采用状态反馈控制。在控制系统中，气缸运动时，在气缸的相对运动表面，由于加工及装配等因素，不同位置的摩擦力不全相同，特别是气缸摩擦力的静动摩擦力之差的存在，相当于对系统作用有摩擦力脉冲干扰，对低速运动的不平稳将产生直接影响，影响系统的跟踪精度，特别在气缸低速运行时，容易出现低速爬行现象。因此，设计了扰动观测器对气缸的外力干扰进行实时跟踪，并进行前馈补偿。所述实时控制器结构中，PBl为扰动观测器部分，根据气缸两腔的压力信号和活塞的速度信号求取扰动信号的大小；PB2为加速度观测器部分，根据活塞的位移信号和速度信号求取加速度信号的大小；PB3为速度求取部分，对活塞位移信号一次微分，经过滤波后求取速度信号；PB4为“PI”控制部分，对积分条件进行判断，并对气缸的不对称增益进行处理；PB5为控制阀的非线性处理部分，对阀的死区和流量饱和进行处理。本专利技术的有益效果是：通过采用合适的控制策略，气动比例/伺服位置系统完全可以弥补系统刚性差、抗外界干扰性差等弱点，气动比例/伺服位置控制系统可以实现较好的轨迹跟踪特性，可以与价格昂贵的电机伺服系统媲美，气动比例侗服位置控制系统以其结构简单、驱动功率较大、控制精度较高、性能价格比高等特点，在工业自动化领域具有很好的应用前景。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的机械手结构示意图。图2是本专利技术的气动比例/伺服控制系统示意图。图3是本专利技术的实时控制器结构图。图1中：1．支座；2．Z轴模块；3．Y轴模块；4．X轴模块。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，3自由度气动比例侗服机械手采用直角坐标式结构，机构由支座、z轴模块、y轴模块和z轴模块组成，采用具有标准机械接口和电子接口的集成化模块，一方面可提高系统的可靠性，另一方面可快速组成机械手系统，降低气动机械手成本。如图2，控制系统由计算机通过A/D检测气缸两腔的压力和气缸活塞的位移，计算机根据给定信号和反馈信号经过一定的算法，通过D/A输出信号给电一气比例伺服阀，实现闭环控制。如图3，控制系统采用状态反馈控制。在控制系统中，气缸运动时，在气缸的相对运动表面，由于加工及装配等因素，不同位置的摩擦力不全相同，特别是气缸摩擦力的静动摩擦力之差的存在，相当于对系统作用有摩擦力脉冲干扰，对低速运动的不平稳将产生直接影响，影响系统的跟踪精度，特别在气缸低速运行时，容易出现低速爬行现象。因此，设计了扰动观测器对气缸的外力干扰进行实时跟踪，并进行前馈补偿。实时控制器结构中，PBl为扰动观测器部分，根据气缸两腔的压力信号和活塞的速度信号求取扰动信号的大小；PB2为加速度观测器部分，根据活塞的位移信号和速度信号求取加速度信号的大小；PB3为速度求取部分，对活塞位移信号一次微分，经过滤波后求取速度信号；PB4为“PI”控制部分，对积分条件进行判断，并对气缸的不对称增益进行处理；PB5为控制阀的非线性处理部分，对阀的死区和流量饱和进行处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3自由度气动机械手连续轨迹控制方法，其特征是：所述3自由度气动比例侗服机械手采用直角坐标式结构，机构由支座、z轴模块、y轴模块和z轴模块组成，采用具有标准机械接口和电子接口的集成化模块，一方面可提高系统的可靠性，另一方面可快速组成机械手系统，降低气动机械手成本。

【技术特征摘要】
1.一种3自由度气动机械手连续轨迹控制方法，其特征是：所述3自由度气动比例侗服机械手采用直角坐标式结构，机构由支座、z轴模块、y轴模块和z轴模块组成，采用具有标准机械接口和电子接口的集成化模块，一方面可提高系统的可靠性，另一方面可快速组成机械手系统，降低气动机械手成本。2.根据权利要求1所述的一种3自由度气动机械手连续轨迹控制方法，其特征是：所述控制系统由计算机通过A/D检测气缸两腔的压力和气缸活塞的位移，计算机根据给定信号和反馈信号经过一定的算法，通过D/A输出信号给电一气比例伺服阀，实现闭环控制。3.根据权利要求1所述的一种3自由度气动机械手连续轨迹控制方法，其特征是：所述控制系统采用状态反馈控...

【专利技术属性】
技术研发人员：于平，
申请(专利权)人：于平，
类型：发明
国别省市：辽宁;21