基于线性反馈控制器的六自由度机械臂自适应检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线性反馈控制器的六自由度机械臂自适应检测方法，通过高精度激光跟踪仪对待测试件进行空间位置坐标静态标定或者动态跟踪，获得高精度的空间位姿点，再通过将运动学和动力学结合的建模、仿真方法，在运动学过程中，通过给出的位姿点巧妙的逆解出关节角，在动力学中，通过设计线性反馈控制器，精确的进行路径跟踪闭环控制，使整个系统结合高精度激光跟踪仪和六自由度机械臂,实现对物体的精确定位和智能化自适应检测,更符合实际工业的需求。

Adaptive detection method for six degree of freedom manipulator based on linear feedback controller

The invention discloses a six DOF Manipulator adaptive detection method of linear feedback controller based on the high precision laser tracker to test the location coordinates of the static calibration or dynamic tracking, obtain high precision spatial position, and the modeling and Simulation of kinematics and dynamics, kinematics process in the pose the ingenious inverse solution out of joint angle, the dynamics, through the design of linear feedback controller, accurate path tracking control, make the whole system with high precision laser tracker and six DOF Manipulator, to achieve precise positioning of objects and intelligent adaptive detection, more in line with the actual industrial demand.

【技术实现步骤摘要】
基于线性反馈控制器的六自由度机械臂自适应检测方法
本专利技术属于智能化自适应检测
，更为具体地讲，涉及一种基于线性反馈控制器的六自由度机械臂自适应检测方法。
技术介绍
随着机器人工业水平包括控制技术、制造技术、材料技术等的不断提高，机械臂已被广泛应用于各自动化领域，如航空航天等大型设备制造检测，食品加工，医疗手术等。虽然目前工业级机械臂的精度已经很高，但是为了适应更高准确度且更加智能化的去生产工作，就必须设计新的系统实现自适应智能化检测，并提高建模控制等各方面的精度。目前，大部分对机械臂运动学与动力学的研究都是分开进行建模和仿真。在运动学中，都是通过繁琐的逆解方式求出相应关节角，生成期望轨迹，而在动力学中，给定期望角和初始角，通过控制算法进行轨迹跟踪。但实际过程中，给予机械臂的是点的位姿信息，分开建模进行实验不符合实际对于机械臂的需求，而更合理的方式是运动学结合动力学一起建立模型进行仿真。激光跟踪仪在航空航天、汽车制造、电子工业、高能粒子加速器工程以及大尺寸计量等行业中，已有广泛应用，如检测试件的表面设计误差，跟踪试件的动态位置等。为了提高系统坐标的精确度以及实现自适应智能化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性反馈控制器的六自由度机械臂自适应检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、激光跟踪仪返回被测试样件的空间位姿初始点pi和下一个位姿点pw，其中，i＝1,N,2N,…,KN，K、N均为常数，w＝N，2N，…，(K+1)N；(2)、利用插值法在初始点pi和下一个位姿点pw之间插入N‑2个过渡位姿点pj使运动轨迹平滑，其中，j＝CN+1,CN+2,…,CN+N‑2，C为常数；(3)、根据逆运动学代数法将初始点pi和下一个位姿点pj的位姿信息按照一定的顺序反解成各个关节的期望关节角

【技术特征摘要】
1.一种基于线性反馈控制器的六自由度机械臂自适应检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、激光跟踪仪返回被测试样件的空间位姿初始点pi和下一个位姿点pw，其中，i＝1,N,2N,…,KN，K、N均为常数，w＝N，2N，…，(K+1)N；(2)、利用插值法在初始点pi和下一个位姿点pw之间插入N-2个过渡位姿点pj使运动轨迹平滑，其中，j＝CN+1,CN+2,…,CN+N-2，C为常数；(3)、根据逆运动学代数法将初始点pi和下一个位姿点pj的位姿信息按照一定的顺序反解成各个关节的期望关节角i'＝1,2,3,4,5,6，表示六自由度，并将期望关节角传输给控制器；(4)、利用线性反馈控制器对期望关节角进行跟踪控制，并将控制力矩传输给六自由度机械臂动力学模型，由动力学模型输出机械臂实际转动关节角θi'；(5)、判断期望关节角和实际转动关节角θi'之差的范数是否不大于阈值ε，如果||θ-θ*||≤ε，则进入步骤(6)；否则将期望关节角和实际转动关节角θi'之差输入给线性反馈控制器，作为闭环反馈控制，直至满足||θ-θ*||≤ε时，再进入步骤(6)；(6)、判断当前过渡位姿点pj所处位置，如果j＜w，则将pj点作为空间位姿初始点，pj+1点作为下一个位姿点，再返回步骤(3)，直到j＝w-1；如果j＝w，则将期望关节角通过正运动学计算出新的空间位姿点，并反馈给激光跟踪仪作为新的空间位姿初始点，同时由激光追踪仪返回出检测的下一个位姿点pw，w＝2N,3N,…,(K+1)N，再返回步骤(2)，直至检测到第p(K+1)N点时结束，完成被测试样件的检测。2.根据权利要求1所述的基于线性反馈控制器的六自由度机械臂自适应检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，按照一定的顺序反解各个关节的期望关节角的方法为：(2.1)、根据机械臂的运动学D-H坐标模型及相关参数计算出各关节的变换矩阵Ti'，r3×3是反应位姿点的姿态信息，b3×1是反应位姿点的位置信息；(2.2)、将激光跟踪仪返回的位姿点pi用矩阵表示为Li；将步骤(2.1)中计算得到的各关节的变换矩阵Ti'相乘，得到总变换矩阵R，Li和R均为4×4的矩阵；令矩阵Li的第一行第四列与矩阵R的第一行第四列相等，矩阵Li的第二行第四列与矩阵R的第二行第四列相等，即有：其中，pxw是机械臂末端位置沿x轴的平移量，pyw是机械臂末端位置沿y轴的平移量，通过该方程组求解出关节角(2.3)、用第一个关节的变换矩阵T1的逆矩阵0T1-1分别左乘矩阵Li和R，得到矩阵L1和R1，再令矩阵L1的第一行第四列与矩阵R1的第一行第四列相等，矩阵L1的第三行第四列...

【专利技术属性】
技术研发人员：程玉华，殷春，薛建宏，张博，胡彬杨，时晓宇，白利兵，陈凯，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51