一种能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法技术

本发明专利技术公开了一种能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法。现有机械臂回转驱动系统未对回转精度进行反馈及补偿，无法实时精确调整回转位移，也无法消减因齿轮齿隙带来的回程误差。本发明专利技术选取2m个回转驱动组件中的m个作为行进驱动组，另m个回转驱动组件作为复位驱动组。向目标位置转动时行进驱动组作为动力元件。复位时复位驱动组作为动力元件。在回转中，实时根据当前的转动误差值及上一次转动时的误差信息对当前的驱动电压进行调节。本发明专利技术采用多液压马达同步驱动形式，消除单一马达的不稳定性，优化了执行器的体积，合理利用多自由度电液伺服机械臂的内部空间。本发明专利技术能够消除了回程误差。

A turning method of multi degree of freedom robot arm capable of eliminating return error

The invention discloses a multi degree of freedom mechanical arm rotation method capable of eliminating return error. The existing rotary drive system of the manipulator can not accurately adjust the rotary displacement in real time and reduce the backhaul error caused by the gear backlash. The invention selects m out of 2m rotary drive assemblies as the traveling drive group, and another m rotary drive assemblies as the reset drive group. The moving driving unit is used as a power element when turning to the target position. When reset, the drive group is reset as the power element. In rotation, the current driving voltage is adjusted according to the current rotation error and the error information of the last rotation in real time. The invention adopts the synchronous driving form of multiple hydraulic motors, eliminates the instability of a single motor, optimizes the volume of the actuator, and rationally utilizes the internal space of the multi-degree-of-freedom electro-hydraulic servo manipulator. The invention can eliminate the return error.

【技术实现步骤摘要】
一种能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法
本专利技术属于回转驱动
，具体涉及一种能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法。
技术介绍
多自由度机械臂是能够模仿人体肢体部分功能并允许对其进行自动控制，使其按照预定要求输送工件或操持工具进行生产操作的自动化产设备。目前，多自由度机械臂系统广泛应用于钢铁、海洋、石油、化工、物流搬运等生产自动化行业，大大减轻了工人劳动强度和劳动条件，提高了生产效率，稳定了产品质量。现有的多自由度机械臂回转机构多为多电机驱动形式，采用多个交流电动机经减速器驱动回转装置，虽具有传动效率高、运行噪声小、可维护性好等特点，但是大功率电机体积较大、安装配合精度要求较高、制动性能较差，当驱动负载发生较大的波动时，执行器容易因刚性过载而发生故障。液压马达回转驱动形式下的驱动功率密度，比电机驱动形式大，在满足驱动功率的前提下，可以优化执行器体积，合理利用回转系统的内部空间，降低回转系统的制造成本，同时还能在很大程度上消除和抑制负载扰动因素的影响。目前，多液压马达同步驱动系统有CN94278675，由东北大学设计的一种四液压马达驱动自同步振动锤及其结构参数确定方法，采用液压马达驱动、自同步传动的方式，对振动锤的结构进行创新设计，通过对振动锤结构参数的控制，达到了四液压马达驱动自同步的目的。但其集成程度较差，导致整个设备尺寸较大。CN203362667U，由中联重科有限公司设计的液压马达同步驱动系统和工程机械，主要应用于混凝土搅拌机，不足之处就在于完全依靠油路调整双马达的同步性能，响应较慢，不适用于多自由度机械臂系统。且上述专利都不涉及回转精度的反馈及补偿，无法实时精确调整回转位移，对其应用于多自由度机械臂系统造成了极大的限制。因此，需专利技术一种适用于多自由度机械臂的电液伺服回转驱动方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法。本专利技术采用的回转驱动系统，包括回转本体、回转驱动组件、驱动油路和信号反馈模块。所述的回转本体包括固定底座和回转平台。所述的回转平台与固定底座构成转动副。回转平台的底部与外齿圈固定。所述的回转驱动组件包括电液伺服马达、行星减速器和驱动齿轮。所述的驱动齿轮支承在固定底座上，且与外齿圈啮合。所述的行星减速器固定在固定底座上。行星减速器的输出轴与驱动齿轮固定。电液伺服马达固定在行星减速器上。电液伺服马达的输出轴与行星减速器的输入口固定。所述的回转驱动组件共有2m个，1≤m≤4。2m个回转驱动组件沿外齿圈的周向均布。所述的驱动油路包括第一过滤器、第二过滤器、蓄能器、第一安全阀、第二安全阀、柱塞式液压泵、单向阀、油箱、电液比例阀和电液溢流阀。所述柱塞式液压泵的入油口与油箱通过第一过滤器连通，出油口与单向阀的输入口连通。单向阀的输出口与电液溢流阀的入油口及第二过滤器的输入口连通。电液溢流阀的出油口与油箱连通。第二过滤器的输出口与蓄能器的蓄能油口及手动球阀的一个通油口连通。手动球阀的另一个通油口与2m个电液比例阀的进油口连通。2m个电液比例阀的回油口均与油箱连通。2m个电液比例阀的第一工作油口与2m个第一安全阀的第一油口分别连通。2m个电液比例阀的第二工作油口与2m个第二安全阀的第一油口分别连通。2m个第一安全阀的第二油口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第一油口分别连通。2m个第二安全阀的第二油口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第二油口分别连通。所述的信号反馈模块包括2m+1个旋转编码器和4m个油路压力变送器。旋转编码器均与固定底座固定。2m+1个旋转编码器的输入轴与回转平台、2m个回转驱动组件内的驱动齿轮分别固定。4m个油路压力变送器的检测口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第一油口、第二油口分别连通。该能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法具体如下：步骤一：选取其中m个回转驱动组件作为第一驱动组，另m个回转驱动组件作为第二驱动组。第一驱动组的m个回转驱动组件两两之间互不相邻。以第一驱动组作为行进测试组，第二驱动组作为复位测试组。使用者设定回转平台的角位移θ0。步骤二、计算行进测试组内m个驱动齿轮的目标角位移θ1、θ2、…、θm，复位测试组内m个驱动齿轮的目标角位移θm+1、θm+2、…、θ2m。其中，R为外齿圈的分度圆半径，r为驱动齿轮的分度圆半径；Δθ为驱动齿轮与外齿圈的齿隙在驱动齿轮上对应的角度。步骤三、将0赋值给t。计算需要输入到2m个驱动齿轮对应的电液比例阀的电压值ui(t)如式(1)所示，其中，Umax、qmax分别为电液比例阀的最大控制电压、额定流量；Dm为电液伺服马达的额定排量，Δt是运动算法模块设定的控制周期。Δt＝0.1s。分别向2m个电液比例阀输入电压值ui(t)，i＝1,2,…,2m。将t增大Δt。Δt时间后进入步骤四。步骤四、与驱动齿轮连接的2m个旋转编码器分别检测2m个驱动齿轮的实际角位移信号。之后计算2m个驱动齿轮的角位移误差ei(t)＝θ′i-θi，i＝1,2,…,2m。θ′0～θ′2m分别为2m个驱动齿轮当前的实际角位移值。步骤五、计算累加后输出控制值ui(t)如式(2)所示，式(2)中，0.6≤KPi≤2.0，0.05≤KIi≤0.3，0.05≤KDi≤0.25，i＝1,2,…,2m；ei(0)＝0。步骤六、若ui(t)中有一个或多个的正负符号发生变化，则直接进入步骤七。否则，将t增大Δt，Δt时间后重复执行步骤四和五。步骤七、若此时第一驱动组为行进测试组，则将此时行进测试组内m个驱动齿轮的角位移误差e1(t)、e2(t)、…、em(t)，作为第一最终误差组内的m个元素e1′、e2′、…、em′，之后将第二驱动组作为行进测试组，第一驱动组作为复位测试组。2m个回转驱动组件内的驱动齿轮均复位后，重复执行步骤二至六。若此时第二驱动组作为行进测试组，则将此时行进测试组内m个驱动齿轮的角位移误差e1(t)、e2(t)、…、em(t)，作为第二最终误差组内的m个元素em+1″、em+2″、…、e2m″。2m个回转驱动组件内的驱动齿轮均复位后，进入步骤八。步骤八、若则将第一驱动组作为行进驱动组，将第二驱动组作为复位驱动组。否则，将第二驱动组作为行进驱动组，将第一驱动组作为复位驱动组。步骤九、计算行进驱动组内m个驱动齿轮的目标角位移θ1、θ2、…、θm，复位驱动组内m个驱动齿轮的目标角位移θm+1、θm+2、…、θ2m。步骤十、将0赋值给t，1赋值给k。计算需要输入到2m个电液比例阀的电压值ui(t,k)如式(3)所示。分别向2m个电液比例阀输入电压值ui(t,k)，i＝1,2,…,2m。将t增大Δt。此时，Δt时间后进入步骤十一。步骤十一、与驱动齿轮连接的2m个旋转编码器分别检测2m个驱动齿轮的实际角位移信号。之后计算2m个驱动齿轮的角位移误差ei(t,k)＝θ′i-θi，i＝1,2,…,2m。θ′0～θ′2m分别为2m个驱动齿轮当前的实际角位移值。步骤十二、4m个油路压力变送器分别检测油压值。以与行进驱动组对应的2m个油路压力变送器中检测到油压值最大的那个油路压力变送器为行进特征变送器。以与复位驱动组对应的2m个油路压力变送器中检测到油压值最大的那个油路压力变送器为复位特征变送器。与行进特征变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法，其特征在于：采用的回转驱动系统，包括回转本体、回转驱动组件、驱动油路和信号反馈模块；所述的回转本体包括固定底座和回转平台；所述的回转平台与固定底座构成转动副；回转平台的底部与外齿圈固定；所述的回转驱动组件包括电液伺服马达、行星减速器和驱动齿轮；所述的驱动齿轮支承在固定底座上，且与外齿圈啮合；所述的行星减速器固定在固定底座上；行星减速器的输出轴与驱动齿轮固定；电液伺服马达固定在行星减速器上；电液伺服马达的输出轴与行星减速器的输入口固定；所述的回转驱动组件共有2m个，1≤m≤4；2m个回转驱动组件沿外齿圈的周向均布；所述的驱动油路包括第一过滤器、第二过滤器、蓄能器、第一安全阀、第二安全阀、柱塞式液压泵、单向阀、油箱、电液比例阀和电液溢流阀；所述柱塞式液压泵的入油口与油箱通过第一过滤器连通，出油口与单向阀的输入口连通；单向阀的输出口与电液溢流阀的入油口及第二过滤器的输入口连通；电液溢流阀的出油口与油箱连通；第二过滤器的输出口与蓄能器的蓄能油口及手动球阀的一个通油口连通；手动球阀的另一个通油口与2m个电液比例阀的进油口连通；2m个电液比例阀的回油口均与油箱连通；2m个电液比例阀的第一工作油口与2m个第一安全阀的第一油口分别连通；2m个电液比例阀的第二工作油口与2m个第二安全阀的第一油口分别连通；2m个第一安全阀的第二油口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第一油口分别连通；2m个第二安全阀的第二油口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第二油口分别连通；所述的信号反馈模块包括2m+1个旋转编码器和4m个油路压力变送器；旋转编码器均与固定底座固定；2m+1个旋转编码器的输入轴与回转平台、2m个回转驱动组件内的驱动齿轮分别固定；4m个油路压力变送器的检测口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第一油口、第二油口分别连通；该能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法具体如下：步骤一：选取其中m个回转驱动组件作为第一驱动组，另m个回转驱动组件作为第二驱动组；第一驱动组的m个回转驱动组件两两之间互不相邻；以第一驱动组作为行进测试组，第二驱动组作为复位测试组；使用者设定回转平台的角位移θ0；步骤二、计算行进测试组内m个驱动齿轮的目标角位移θ1、θ2、…、θm，复位测试组内m个驱动齿轮的目标角位移θm+1、θm+2、…、θ2m；...

【技术特征摘要】
1.一种能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法，其特征在于：采用的回转驱动系统，包括回转本体、回转驱动组件、驱动油路和信号反馈模块；所述的回转本体包括固定底座和回转平台；所述的回转平台与固定底座构成转动副；回转平台的底部与外齿圈固定；所述的回转驱动组件包括电液伺服马达、行星减速器和驱动齿轮；所述的驱动齿轮支承在固定底座上，且与外齿圈啮合；所述的行星减速器固定在固定底座上；行星减速器的输出轴与驱动齿轮固定；电液伺服马达固定在行星减速器上；电液伺服马达的输出轴与行星减速器的输入口固定；所述的回转驱动组件共有2m个，1≤m≤4；2m个回转驱动组件沿外齿圈的周向均布；所述的驱动油路包括第一过滤器、第二过滤器、蓄能器、第一安全阀、第二安全阀、柱塞式液压泵、单向阀、油箱、电液比例阀和电液溢流阀；所述柱塞式液压泵的入油口与油箱通过第一过滤器连通，出油口与单向阀的输入口连通；单向阀的输出口与电液溢流阀的入油口及第二过滤器的输入口连通；电液溢流阀的出油口与油箱连通；第二过滤器的输出口与蓄能器的蓄能油口及手动球阀的一个通油口连通；手动球阀的另一个通油口与2m个电液比例阀的进油口连通；2m个电液比例阀的回油口均与油箱连通；2m个电液比例阀的第一工作油口与2m个第一安全阀的第一油口分别连通；2m个电液比例阀的第二工作油口与2m个第二安全阀的第一油口分别连通；2m个第一安全阀的第二油口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第一油口分别连通；2m个第二安全阀的第二油口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第二油口分别连通；所述的信号反馈模块包括2m+1个旋转编码器和4m个油路压力变送器；旋转编码器均与固定底座固定；2m+1个旋转编码器的输入轴与回转平台、2m个回转驱动组件内的驱动齿轮分别固定；4m个油路压力变送器的检测口与2m个回转驱动组件内电液伺服马达的第一油口、第二油口分别连通；该能够消除回程误差的多自由度机械臂回转方法具体如下：步骤一：选取其中m个回转驱动组件作为第一驱动组，另m个回转驱动组件作为第二驱动组；第一驱动组的m个回转驱动组件两两之间互不相邻；以第一驱动组作为行进测试组，第二驱动组作为复位测试组；使用者设定回转平台的角位移θ0；步骤二、计算行进测试组内m个驱动齿轮的目标角位移θ1、θ2、…、θm，复位测试组内m个驱动齿轮的目标角位移θm+1、θm+2、…、θ2m；其中，R为外齿圈的分度圆半径，r为驱动齿轮的分度圆半径；Δθ为驱动齿轮与外齿圈的齿隙在驱动齿轮上对应的角度；步骤三、将0赋值给t；计算需要输入到2m个驱动齿轮对应的电液比例阀的电压值ui(t)如式(1)所示，其中，Umax、qmax分别为电液比例阀的最大控制电压、额定流量；Dm为电液伺服马达的额定排量，Δt是运动算法模块设定的控制周期；Δt＝0.1s；分别向2m个电液比例阀输入电压值ui(t)，i＝1,2,…,2m；将t增大Δt；Δt时间后进入步骤四；步骤四、与驱动齿轮连接的2m个旋转编码器分别检测2m个驱动齿轮的实际角位移信号；之后计算2m个驱动齿轮的角位移误差ei(t)＝θi′-θi，i＝1,2,…,2m；θ0′～θ2′m分别为2m个驱动齿轮当前的实际角位移值；步骤五、计算累加后输出控制值ui(t)如式(2)所示，式(2)中，0.6≤KPi≤2.0，0.05≤KIi≤0.3，0.05≤KDi≤0.25，i＝1,2,…,2m；ei(0)＝0；步骤六、若ui(t)中有一个或多个的正负符号发生变化，则直接进入步骤七；否则，将t增大Δt，Δt时间后重复执行步骤四和五；步骤七、若此时第一驱动组为行进测试组，则将此时行进测试组内m个驱动齿轮的角位移误差e1(t)、e2(t)、…、em(t)，作为第一最终误差组内的m个元素e1′、e2′、…、em′，之后将第二驱动组作为行进测试组，第一驱动组作为复位测试组；2m个回转驱动组件内的驱动齿轮均复位后，重复执行步骤二至六；若此时第二驱动组作为行进测试组，则将此时行进测试组内m个驱动齿轮的角位移误差e1(t)、e2(t)、…、em(t)，作为第二最终误差组内的m个元素em+1″、em+2″、…、e2m″；2m个回转驱动组件内的驱动齿轮均复位后，进入步骤八；步骤八、若则将第一驱动组作为行进驱动组，将第二驱动组作为复位驱动组；否则，将第二驱动组作为行进驱动组，将第一驱动组作为复位驱动组；步骤九、计算行进驱动组内m个驱动齿轮的目标角位移θ1、θ2、…、θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙臻，张旗，刘湘琪，倪敬，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33