一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法技术

本发明专利技术涉及机器人智能控制技术领域，特别是涉及一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，包括以下步骤：S1、建立并联机器人系统的坐标系，计算并联机器人系统的动能和势能；S2、将步骤S1的计算结果引入拉格朗日方程，建立并联机器人系统的动力学模型；S3、以功率放大器、电液伺服阀、液压缸及其负载为广义控制对象，建立并联机器人系统的液压伺服系统模型；S4、采用滑膜控制中的指数趋近率控制算法作为动力学模型和液压伺服系统模型的轨迹跟踪控制算法，对并联机器人进行轨迹跟踪控制。本发明专利技术解决了现有并联机器人控制精度不高，控制不方便的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法
本专利技术涉及机器人智能控制
，特别是涉及一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法。
技术介绍
随着机器人结构学的发展工业机器人的种类越来广泛，从机器人机构学大范围来划分，可分为串联式机器人、并联式机器人以及串联并联混合式的混联机器人三大类。并联机器人是指动平台和定平台，通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或者两个以上的自由度，以并联方式驱动的一种闭环的机器人。并联机器人和传统工业用串联机器人在应用上构成互补关系，它是一个封闭的运动链，和串联机器人相比较，一般由上下运动平台和两条或者两条以上运动支链构成，运动平台和运动支链之间构成一个或多个闭环机构，通过改变各个支链的运动状态，使整个机构具有多个可以操作的自由度。目前，并联机器人在航天、海底作业、计算机辅助医疗设备、生物工程以及制造业等方面有着广泛而重要的应用。而并联机器人的核心是机器人的控制系统，并联机器人的先进程度和功能强弱通常都直接与其控制系统的性能有关，如何保证并联机器人准确到达空间某一状态并具有良好的跟踪姿态，是并联机器人实现点到点(PTP)运动和连续轨迹(CP)运动时经常遇到的问题，这就需要对并联机器人末端进行轨迹控制即位姿控制，但并联机器人系统具有复杂、非线性和混合性的特点。组织越复杂，特性越突出，控制越不方便，使得控制精度不高，无法满足实际生产应用的要求。因此需要探索一种有效的轨迹跟踪与控制算法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，解决现有并联机器人控制精度不高，控制不方便的问题。为了达到上述目的，提供了一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，包括以下步骤：S1、建立并联机器人系统的广义坐标系作为拉格朗日函数的参数，基于拉格朗日函数的参数计算并联机器人系统的动能和势能并得到拉格朗日量；S2、将步骤S1计算的拉格朗日量引入拉格朗日方程，建立并联机器人系统的动力学模型；S3、以并联机器人系统中的一组功率放大器、电液伺服阀、液压缸及其负载为广义控制对象，建立并联机器人系统的液压伺服系统模型；S4、采用投影法进行精密并联机器人系统进行轨迹规划，获取期望轨迹，并将期望轨迹输入到并联机器人系统的液压伺服系统模型；S5、采用滑膜控制中的指数趋近率控制算法作为动力学模型和液压伺服系统模型的轨迹跟踪控制算法，对并联机器人进行轨迹跟踪控制。原理及优点：滑模控制是一种变结构控制，即非线性控制，即控制的不连续性。这种控制方法允许系统按照规定的滑动模式移动。可不受目标参数和扰动的影响，其优点有：易于实现，无需系统识别，响应快；良好的鲁棒性和较小的参数变化等。本方案基于滑模控制的指数趋近率控制算法，能够让实际轨迹跟踪结果与期望轨迹基本一致，并将误差控制在一定范围内，以解决现有并联机器人控制精度不高，控制不方便的问题。进一步，所述并联机器人系统包括连杆、动平台和定平台，以及用于设置在连杆端部且分别与动平台和定平台连接的旋转接头；并联机器人系统的广义坐标系中广义坐标表示为：qT＝[q1,q2,q3…qi]T，qi表示各旋转接头的位移或旋转角度，其速度或角速度用表示，T表示齐次变换矩阵，qT表示势能广义坐标，表示动能广义坐标。进一步，所述并联机器人系统通过广义坐标系计算其动能和势能的计算公式如下：P总＝P定+P动+P杆其中，P总为并联机器人系统的势能，P定为定平台的势能，P动为动平台的势能，P杆为若干连杆的势能，K为是定平台动能和若干连杆的动能，vp和ωp分别是并联机器人系统的动平台的质心速度矢量和质心角速度矢量；m是并联机器人动平台的质量；mi是杆的质量；v是杆的线速度矢量，I是并联机器人系统的位姿变量参数。进一步，所述拉格朗日方程的计算公式如下：所述拉格朗日量L的计算公式如下：L＝K-P总其中，t是时间，τi表示作用在并联机器人系统第i旋转接头作用于连杆上的主动力或驱动力；K表示定平台动能和若干连杆的动能，P总为并联机器人系统的势能。进一步，并联机器人系统的位姿变量参数I计算公式如下：其中，li是并联机器人系统的动平台的位置，J表示精密并联机器人系统的雅可比矩阵。进一步，所述旋转矩阵T的计算公式为：其中，R是旋转矩阵，τi表示作用在并联机器人系统第i旋转接头作用于连杆上的主动力或驱动力，(xd，zd，yd)是原点为O1的坐标系O1-X1Y1Z1中的坐标，γ为O1-X1Y1Z1绕X旋转角度，β为O1-X1Y1Z1绕Y旋转角度，α为O1-X1Y1Z1绕Z旋转角度，cα＝cosα，cβ＝cosβ，cγ＝cosγ，sα＝sinα，sβ＝sinβ，sγ＝sinγ。进一步，所述并联机器人系统的动力学模型的表达式如下：τ＝I+K+L其中，τ是动力学模型。进一步，所述步骤S5中，指数趋近率控制算法的公式如下：其中，ε是运动点接近开关面的速率，K表示常数；用于跟踪并联机器人的轨迹的公式如下：其中，和是并联机器人系统中外界干扰的上界和下界，ΔH是建模误差；M是并联机器人系统定平台和若干连杆的等效惯性质量；U是输入电压,Ci表示模型参数，ei表示系统误差。附图说明图1为本专利技术实施例一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法的逻辑框图；图2为并联机器人投影法轨迹规划范例示意图；图3为并联机器人系统中关节1的轨迹跟踪曲线；图4为并联机器人系统中关节2的轨迹跟踪曲线；图5为并联机器人系统中关节1的轨迹跟踪误差曲线；图6为并联机器人系统中关节2的轨迹跟踪误差曲线。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细说明：实施例一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，基本如附图1所示，包括以下步骤：S1、建立并联机器人系统的广义坐标系作为拉格朗日函数的参数，基于拉格朗日函数的参数计算并联机器人系统的动能和势能并得到拉格朗日量；所述并联机器人系统包括连杆、动平台和定平台，以及用于设置在连杆端部且分别与动平台和定平台连接的旋转接头；本实施例中，由连杆、动平台和定平台组合而成的并联机器人系统具有六组相同的液压驱动伺服系统，因此n＝6,每组液压驱动伺服系包括功率放大器、电液伺服阀、液压缸及其负载，并联机器人系统的广义坐标系中广义坐标表示为：qT＝[q1,q2,q3…qi]T，qi表示各旋转接头的位移或旋转角度，其速度或角速度用表示，T表示齐次变换矩阵，qT表示势能广义坐标，表示动能广义坐标。所述并联机器人系统通过广义坐标系计算其动能和势能的计算公式如下：P总＝P定+P动+P杆其中，P总为并联机器人系统的势能，P定为定平台的势能，P动为动平台的势能，P杆为若干连杆的势本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、建立并联机器人系统的广义坐标系作为拉格朗日函数的参数，基于拉格朗日函数的参数计算并联机器人系统的动能和势能并得到拉格朗日量；/nS2、将步骤S1计算的拉格朗日量引入拉格朗日方程，建立并联机器人系统的动力学模型；/nS3、以并联机器人系统中的一组功率放大器、电液伺服阀、液压缸及其负载为广义控制对象，建立并联机器人系统的液压伺服系统模型；/nS4、采用投影法进行精密并联机器人系统进行轨迹规划，获取期望轨迹，并将期望轨迹输入到并联机器人系统的液压伺服系统模型；/nS5、采用滑膜控制中的指数趋近率控制算法作为动力学模型和液压伺服系统模型的轨迹跟踪控制算法，对并联机器人进行轨迹跟踪控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、建立并联机器人系统的广义坐标系作为拉格朗日函数的参数，基于拉格朗日函数的参数计算并联机器人系统的动能和势能并得到拉格朗日量；
S2、将步骤S1计算的拉格朗日量引入拉格朗日方程，建立并联机器人系统的动力学模型；
S3、以并联机器人系统中的一组功率放大器、电液伺服阀、液压缸及其负载为广义控制对象，建立并联机器人系统的液压伺服系统模型；
S4、采用投影法进行精密并联机器人系统进行轨迹规划，获取期望轨迹，并将期望轨迹输入到并联机器人系统的液压伺服系统模型；
S5、采用滑膜控制中的指数趋近率控制算法作为动力学模型和液压伺服系统模型的轨迹跟踪控制算法，对并联机器人进行轨迹跟踪控制。


2.根据权利要求1所述的一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述并联机器人系统包括连杆、动平台和定平台，以及用于设置在连杆端部且分别与动平台和定平台连接的旋转接头；并联机器人系统的广义坐标系中广义坐标表示为：
qT＝[q1,q2,q3…qi]T，
qi表示各旋转接头的位移或旋转角度，其速度或角速度用表示，T表示齐次变换矩阵，qT表示势能广义坐标，表示动能广义坐标。


3.根据权利要求2所述的一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述并联机器人系统通过广义坐标系计算其动能和势能的计算公式如下：
P总＝P定+P动+P杆



其中，P总为并联机器人系统的势能，P定为定平台的势能，P动为动平台的势能，P杆为若干连杆的势能，K为是定平台动能和若干连杆的动能，vp和ωp分别是并联机器人系统的动平台的质心速度矢量和质心角速度矢量；m是并联机器人动平台的质量；mi是杆的质量；v是杆的线速度矢量，I是并联机器人系统的位姿变量参数。


4.根据权利要求3所述的一种基于指数趋近率的并联机器人轨迹跟踪控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈珊珊，
申请(专利权)人：重庆电子工程职业学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50