專利名稱：機械臂控制系統(tǒng)及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械臂領域，尤其涉及一種通過各關節(jié)動作角度實時反饋補償，實現(xiàn)機械臂動作時無重力干擾的重力解耦技木。
背景技術：
目前，多關節(jié)機械臂普遍采用控制器參數(shù)整定的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過信號發(fā)生器產(chǎn)生相應的動作信號，控制器對動作信號整定，整定后的信號輸入各臂關節(jié)驅動器，關節(jié)驅動器工作產(chǎn)生扭矩帶動各臂動作。該系統(tǒng)通過控制器的參數(shù)整定，減小了動作信號帶來的超調及機械臂穩(wěn)定后的靜態(tài)誤差，實現(xiàn)了機械臂穩(wěn)定有效的動作。根據(jù)行業(yè)標準，機械臂動作的超調誤差應不大于3%。隨著技術的發(fā)展，用戶對設備的操作性能要求越來越高。 動作超調和動作時間是識別機械臂控制性能的重要指標。現(xiàn)在機械臂動作采取閉環(huán)控制， 超調量基本能控制在1%以內。傳統(tǒng)控制器進行機械臂動作的參數(shù)整定時，ー個幅值動作信號就需要一組控制器整定參數(shù)。而當機械臂執(zhí)行某項任務吋，任務必然是由多個動作組成，若要動作有效穩(wěn)定， 也就意味著需要無數(shù)組控制器參數(shù)。這無疑増加了控制器的控制難度和工作人員的工作強度。同時由于工作環(huán)境因素，機械臂工作始終受到重力因素的影響，使機械臂控制成為非線性控制，機械臂在不同的位置，各關節(jié)受到的重力カ矩也不同。這使控制難度增加不少，容易造成控制超調和偏差等不穩(wěn)定情況。因此對于機械臂的連續(xù)穩(wěn)定有效動作存在著一定的難度。

發(fā)明內容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術中的缺點，提供了一種機械臂控制系統(tǒng)及控制方法，能克服機械臂動作時重力因素的影響，降低機械臂的控制難度，不僅能在機械臂動作時完全抵消重力對各臂產(chǎn)生的カ矩，而且其原理簡單，容易實現(xiàn)，具有很強的應用性。本發(fā)明的技術方案如下一種機械臂控制系統(tǒng)，包括控制器、限幅模塊、關節(jié)驅動器和旋轉關節(jié)，所述控制器與所述限幅模塊相連，所述限幅模塊與所述關節(jié)驅動器相連， 所述關節(jié)驅動器與所述旋轉關節(jié)相連，所述旋轉關節(jié)與機械臂相連，在所述旋轉關節(jié)上設置有角度傳感器，所述角度傳感器與重力解耦模塊相連，所述重力解耦模塊與所述關節(jié)驅動器相連。本發(fā)明還提供了一種機械臂控制方法，包括如下步驟
第一歩、各關節(jié)驅動器從控制器獲得整定后的動作控制信號，并將動作控制信號轉化為扭矩信號，輸入到各關節(jié)驅動器對應的各旋轉關節(jié)上，各旋轉關節(jié)做出相應的動作；同吋，各旋轉關節(jié)上的角度傳感器實時檢測各個機械臂與其旋轉關節(jié)點右水平面逆時針的夾角，并輸入給各臂對應的重力解耦模塊中。第二步、重力解耦模塊根據(jù)カ矩平衡原理，將這些夾角進行線性組合，得到各個關節(jié)需要補償重力的扭矩值
權利要求
1.一種機械臂控制系統(tǒng)，包括控制器、限幅模塊、關節(jié)驅動器和旋轉關節(jié)，所述控制器與所述限幅模塊相連，所述限幅模塊與所述關節(jié)驅動器相連，所述關節(jié)驅動器與所述旋轉關節(jié)相連，所述旋轉關節(jié)與機械臂相連，其特征在于在所述旋轉關節(jié)上設置有角度傳感器，所述角度傳感器與重力解耦模塊相連，所述重力解耦模塊與所述關節(jié)驅動器相連。
2.ー種利用權利要求1所述的機械臂控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在干，包括如下步驟第一歩、各關節(jié)驅動器從控制器獲得整定后的動作控制信號，并將動作控制信號轉化為扭矩信號，輸入到各關節(jié)驅動器對應的各旋轉關節(jié)上，各旋轉關節(jié)做出相應的動作；同吋，各旋轉關節(jié)上的角度傳感器實時檢測各個機械臂與其旋轉關節(jié)點右水平面逆時針的夾角，并輸入給各臂對應的重力解耦模塊中；第二步、重力解耦模塊根據(jù)カ矩平衡原理，將這些夾角進行線性組合，得到各個關節(jié)需要補償重力的扭矩值
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機械臂控制系統(tǒng)及控制方法，通過在各旋轉關節(jié)上安裝角度傳感器，各角度傳感器將檢測到的各個機械臂與其旋轉關節(jié)點右水平面逆時針的夾角實時傳回給各重力解耦模塊，重力解耦模塊把這些夾角進行線性組合，得到各個關節(jié)需要補償重力的扭矩值，然后將這些扭矩值反饋輸入給各關節(jié)的關節(jié)驅動器中與原有信號疊加。當機械臂動作時，可以克服重力對機械臂動作的影響，簡化了機械臂的控制，實現(xiàn)了一組控制器參數(shù)可以整定動作幅值絕對值相同的機械臂動作，增加了控制器的適用性，減少了工作人員的工作強度。同時，本發(fā)明方法簡單，實現(xiàn)容易，控制效果優(yōu)異，進一步提高了機械臂系統(tǒng)的控制性能。
文檔編號B25J13/00GK102554930SQ20121000719
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權日2012年1月11日
發(fā)明者劉 東, 張利, 毛聞雯, 汪平, 胡基士, 蔣啟龍, 陳彥杰 申請人:成都市新筑路橋機械股份有限公司, 西南交通大學