机械臂控制方法、装置及作业机械制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工程机械领域，提供一种机械臂控制方法、装置及作业机械，该方法包括：获取机械臂各关节的关节角度的当前值和关节角速度的当前值；将关节角度的当前值和关节角速度的当前值输入至预设的控制模型，通过控制模型输出各关节对应的关节力，关节力用于控制相应的关节基于目标轨迹进行运动；其中，控制模型是基于机械臂的动力学模型、各关节的位置约束条件以及机械臂的尖端干扰构建得到的；动力学模型用于表征关节角度、关节角速度和关节力之间的第一关系；控制模型用于表征关节角度、关节角速度和关节力之间的第二关系。本发明专利技术能够有效保证机械臂对目标轨迹的跟踪精度，提高了机械臂控制的鲁棒性。械臂控制的鲁棒性。械臂控制的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
机械臂控制方法、装置及作业机械


[0001]本专利技术涉及工程机械
，尤其涉及一种机械臂控制方法、装置及作业机械。

技术介绍

[0002]机械臂用途广泛、功能齐全，在工程机械、工业生产等各领域的应用越来越广泛。机械臂的结构较为复杂，且随着对机械臂作业精度的要求越来越高，自动化控制成为机械臂重要的发展方向。
[0003]由于机械臂在作业过程中通常受到外部干扰和模型不确定性带来的影响，现有方法通常使用滑模控制来抑制外部干扰，但是极易出现抖振现象，即，机械臂的运动轨迹会在跟踪轨迹周围震荡，从而无法保证机械臂的跟踪精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种机械臂控制方法、装置及作业机械，用以解决现有技术中机械臂跟踪精度差的缺陷，实现机械臂跟踪精度的有效提高。
[0005]本专利技术提供一种机械臂控制方法，包括：
[0006]获取机械臂各关节的关节角度的当前值和关节角速度的当前值；
[0007]将所述关节角度的当前值和所述关节角速度的当前值输入至预设的控制模型，通过所述控制模型输出各所述关节对应的关节力，所述关节力用于控制相应的所述关节基于目标轨迹进行运动；
[0008]其中，所述控制模型是基于所述机械臂的动力学模型、各所述关节的位置约束条件以及所述机械臂的尖端干扰构建得到的；所述动力学模型用于表征所述关节角度、所述关节角速度和所述关节力之间的第一关系；所述控制模型用于表征所述关节角度、所述关节角速度和所述关节力之间的第二关系。
[0009]根据本专利技术提供的机械臂控制方法，所述控制模型是基于如下步骤构建得到的：
[0010]基于各所述关节的所述位置约束条件以及所述动力学模型，构建第一模型；其中，所述第一模型用于限制各所述关节的跟踪误差对应的控制偏差；所述第一模型是在不考虑所述尖端干扰时，基于李雅普诺夫函数构建得到的；
[0011]基于所述尖端干扰以及所述控制偏差确定干扰补偿项；其中，所述干扰补偿项用于补偿所述尖端干扰；
[0012]基于所述第一模型和所述干扰补偿项，确定所述控制模型。
[0013]根据本专利技术提供的机械臂控制方法，所述基于各所述关节的所述位置约束条件以及所述动力学模型，构建第一模型，包括：
[0014]基于所述位置约束条件，确定各所述关节的所述跟踪误差的时变界；
[0015]以所述跟踪误差小于所述跟踪误差的时变界为约束，构建第一函数；其中，所述第一函数为李雅普诺夫函数，所述第一函数的一阶导数包括所述控制偏差；
[0016]基于所述控制偏差和所述动力学模型，构建第二函数；其中，所述第二函数为正定
的李雅普诺夫函数；
[0017]若不考虑所述尖端干扰且满足所述第二函数的一阶导数为负定时，确定所述第一模型。
[0018]根据本专利技术提供的机械臂控制方法，所述位置约束条件包括所述关节角度的上限值和所述关节角度的下限值；
[0019]所述基于所述位置约束条件，确定各所述关节的所述跟踪误差的时变界，包括：
[0020]基于所述位置约束条件以及所述目标轨迹，获得所述目标轨迹与所述上限值之间的第一差值的绝对值，以及所述目标轨迹与所述下限值之间的第二差值的绝对值；
[0021]基于所述第一差值的绝对值和所述第二差值的绝对值，确定所述跟踪误差的时变界。
[0022]根据本专利技术提供的机械臂控制方法，所述基于所述尖端干扰以及所述控制偏差确定干扰补偿项，包括：
[0023]基于所述控制偏差确定所述尖端干扰的补偿系数；
[0024]基于所述尖端干扰的上界估计值与所述补偿系数的乘积确定所述干扰补偿项；其中，所述尖端干扰的上界估计值是基于所述尖端干扰的自适应变化率自适应变化的，所述自适应变化率是基于所述控制偏差确定的。
[0025]根据本专利技术提供的机械臂控制方法，所述基于所述第一模型和所述干扰补偿项，确定所述控制模型，包括：
[0026]基于所述第一模型和所述干扰补偿项，确定第二模型；其中，所述第二模型用于表征各所述关节的关节力矩与所述关节角度以及所述关节角速度的函数关系；
[0027]基于所述第二模型以及所述机械臂的驱动系统的雅可比矩阵，确定所述控制模型。
[0028]本专利技术还提供一种机械臂控制装置，包括：
[0029]数据获取模块，用于获取机械臂各关节的关节角度的当前值和关节角速度的当前值；
[0030]数据处理模块，用于将所述关节角度的当前值和所述关节角速度的当前值输入至预设的控制模型，通过所述控制模型输出各所述关节对应的关节力，所述关节力用于控制相应的所述关节基于目标轨迹进行运动；
[0031]其中，所述控制模型是基于所述机械臂的动力学模型、各所述关节的位置约束条件以及所述机械臂的尖端干扰构建得到的；所述动力学模型用于表征所述关节角度、所述关节角速度和所述关节力之间的第一关系；所述控制模型用于表征所述关节角度、所述关节角速度和所述关节力之间的第二关系。
[0032]本专利技术还提供一种作业机械，包括：机械臂以及如上述所述的机械臂控制装置。
[0033]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述的机械臂控制方法。
[0034]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的机械臂控制方法。
[0035]本专利技术提供的机械臂控制方法、装置及作业机械，通过将获取到的机械臂各关节
的关节角度的当前值和关节角速度的当前值输入至预设的控制模型，以通过控制模型输出的关节力控制相应的关节基于目标轨迹进行运动，能够实现对机械臂的自动控制；由于控制模型是基于机械臂的动力学模型、关节的位置约束条件以及机械臂的尖端干扰构建得到的，因此，根据控制模型输出的关节力对机械臂进行控制能够保证机械臂中的各关节均处于位置约束的范围之内，且能够有效解决机械臂的尖端受到外部干扰的问题，从而保证了机械臂对目标轨迹的跟踪精度，进而提高了机械臂控制的鲁棒性。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1是本专利技术提供的机械臂控制方法的流程示意图；
[0038]图2是本专利技术提供的挖掘机中机械臂的结构示意图；
[0039]图3是本专利技术提供的动臂的轨迹跟踪仿真结果示意图；
[0040]图4是本专利技术提供的斗杆的轨迹跟踪仿真结果示意图；
[0041]图5是本专利技术提供的铲斗的轨迹跟踪仿真结果示意图；
[0042]图6是本专利技术提供的动臂的轨迹跟踪误差仿真结果示意图；
[0043本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂控制方法，其特征在于，包括：获取机械臂各关节的关节角度的当前值和关节角速度的当前值；将所述关节角度的当前值和所述关节角速度的当前值输入至预设的控制模型，通过所述控制模型输出各所述关节对应的关节力，所述关节力用于控制相应的所述关节基于目标轨迹进行运动；其中，所述控制模型是基于所述机械臂的动力学模型、各所述关节的位置约束条件以及所述机械臂的尖端干扰构建得到的；所述动力学模型用于表征所述关节角度、所述关节角速度和所述关节力之间的第一关系；所述控制模型用于表征所述关节角度、所述关节角速度和所述关节力之间的第二关系。2.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述控制模型是基于如下步骤构建得到的：基于各所述关节的所述位置约束条件以及所述动力学模型，构建第一模型；其中，所述第一模型用于限制各所述关节的跟踪误差对应的控制偏差；所述第一模型是在不考虑所述尖端干扰时，基于李雅普诺夫函数构建得到的；基于所述尖端干扰以及所述控制偏差确定干扰补偿项；其中，所述干扰补偿项用于补偿所述尖端干扰；基于所述第一模型和所述干扰补偿项，确定所述控制模型。3.根据权利要求2所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述基于各所述关节的所述位置约束条件以及所述动力学模型，构建第一模型，包括：基于所述位置约束条件，确定各所述关节的所述跟踪误差的时变界；以所述跟踪误差小于所述跟踪误差的时变界为约束，构建第一函数；其中，所述第一函数为李雅普诺夫函数，所述第一函数的一阶导数包括所述控制偏差；基于所述控制偏差和所述动力学模型，构建第二函数；其中，所述第二函数为正定的李雅普诺夫函数；若不考虑所述尖端干扰且满足所述第二函数的一阶导数为负定时，确定所述第一模型。4.根据权利要求3所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述位置约束条件包括所述关节角度的上限值和所述关节角度的下限值；所述基于所述位置约束条件，确定各所述关节的所述跟踪误差的时变界，包括：基于所述位置约束条件以及所述目标轨迹，获得所述目标轨迹与所述上限值之间的第一差值的绝对值，以及所述目标轨迹与所述下限值之间的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：石向星，储海军，周家峰，
申请(专利权)人：三一重机有限公司，
类型：发明
国别省市：