關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的高速高精度控制方法的探討

王遠(yuǎn)超

摘 要：隨在科技高速發(fā)展的背景下，工業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量、高效率、高智能的要求進(jìn)一步的提高，而工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在一定程度上解決了這一問題。因此，在時(shí)代發(fā)展背景下，對(duì)工業(yè)機(jī)器人高速高精度控制的實(shí)踐研究已成為工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢(shì)?；诖?，本文通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人高速高精度控制的簡(jiǎn)述進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)今工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高速高精度控制方法“魯棒時(shí)延估計(jì)控制設(shè)計(jì)”以及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；高速高精度；控制方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.168

0 引言

現(xiàn)今，在我國(guó)工業(yè)建設(shè)與發(fā)展過程中，工業(yè)機(jī)器人已成為工業(yè)生產(chǎn)制造的主要設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人的革新發(fā)展，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)智能化的發(fā)展，不僅強(qiáng)化了工業(yè)生產(chǎn)的高速化、高安全性的發(fā)展，也提升了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和精準(zhǔn)性，從而促進(jìn)了工業(yè)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和可持續(xù)發(fā)展。隨著時(shí)代的發(fā)展需求工業(yè)機(jī)器人高速高精度控制已成為工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢(shì)和研究重點(diǎn)。因此，本文對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，以期為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提供參考。

1 關(guān)于工業(yè)機(jī)器人高速高精度控制的簡(jiǎn)述

工業(yè)機(jī)器人是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域一種可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行工作的一種多功能機(jī)器包括“多關(guān)節(jié)機(jī)械手”、“全面自由度的機(jī)器裝置”等，工業(yè)機(jī)器人主要是通過人為操控和基于計(jì)算機(jī)編程程序控制等形式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)作業(yè)的[1]。隨著科技的發(fā)展以及社會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)與產(chǎn)品的要求，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化、智能化的高速高精準(zhǔn)控制的發(fā)展已成為工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)與革新的必然趨勢(shì)。

我國(guó)作為工業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，雖然工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用已得到廣泛的發(fā)展甚至在數(shù)量上一度超過其他國(guó)家，但我國(guó)機(jī)器人控制與設(shè)計(jì)鄰域現(xiàn)對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家而言相對(duì)落后，高速高精準(zhǔn)控制型工業(yè)機(jī)器人多為進(jìn)口產(chǎn)品。因此，機(jī)器人高速高精準(zhǔn)控制方法作為工業(yè)機(jī)器人改革的主要技術(shù)已成為相關(guān)鄰域以科研人員研究的重點(diǎn)。其中工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)處的運(yùn)動(dòng)與整體操作能力的靈活性、高速性以及工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的優(yōu)化性、可控性、使用的高精準(zhǔn)性已成為研究?jī)?nèi)容的“關(guān)鍵技術(shù)”。

2 基于魯棒性控制的時(shí)延估計(jì)控制器以及H控制技術(shù)

由于工業(yè)機(jī)器人主要由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，其中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)位置具有一定的非線性，所以該系統(tǒng)存在著不穩(wěn)定性并容易受外界因素的影響，從而導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人工作性能的降低。因此，為提升其工作性能，強(qiáng)化控制系統(tǒng)的控制精度，需對(duì)其運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性以及對(duì)外界影響因素的調(diào)控進(jìn)行強(qiáng)化發(fā)展。而魯棒性控制在此基礎(chǔ)上得以提出并實(shí)現(xiàn)發(fā)展，魯棒性控制又稱魯棒性有限時(shí)間控制主要目的是在有效的時(shí)間內(nèi)控制機(jī)器人的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)“零”時(shí)間下的機(jī)器人穩(wěn)定控制?！皶r(shí)延估計(jì)控制器”就是在此研究目標(biāo)的基礎(chǔ)上，依據(jù)魯棒性控制技術(shù)得以設(shè)計(jì)，并服務(wù)于工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高速高精度控制方法的裝置[2]。魯棒性時(shí)延估計(jì)控制器依靠機(jī)器人運(yùn)行控制規(guī)律，通過計(jì)算與相應(yīng)配制得以實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算工業(yè)機(jī)器人控制規(guī)律的主要公式為：

T=u+（，，），u=--

在上述公式中、指代正常情況下的“對(duì)角矩陣”，而（，，）指代評(píng)估值。因此，在依據(jù)公式的基礎(chǔ)上，可得到機(jī)器人基于魯棒性時(shí)延估技術(shù)基礎(chǔ)上的閉環(huán)系統(tǒng)中的誤差動(dòng)態(tài)，即當(dāng)w=0時(shí)，（，，）=F（，，）=F（，，），所以，當(dāng)存在的不穩(wěn)定性逐漸為降低并削弱時(shí)，時(shí)延估計(jì)誤差w相應(yīng)的在減低控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。當(dāng)采用魯棒性時(shí)延估計(jì)控制方法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高速高精度控制時(shí)，需結(jié)合相應(yīng)的配套設(shè)計(jì)得以改善從而實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，從而促使了魯棒性的H機(jī)器人高速高精度控制技術(shù)的出現(xiàn)。

基于魯棒性的H機(jī)器人高速高精度控制技術(shù)的主要功能在于對(duì)工業(yè)機(jī)器人非線性系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。研究實(shí)踐證實(shí)該技術(shù)在一定程度上可有效降低外界因素對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的干擾，從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人高速高精度的控制。

3 三軸并聯(lián)機(jī)器人的高速高精度控制技術(shù)

在基于魯棒性高速高精度控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，先后出現(xiàn)了函數(shù)構(gòu)造控制方法、齊次控制系統(tǒng)以及基于終端滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。此外，在基于三軸并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建了可拓展的自適應(yīng)控制模型技術(shù)也在一定程度上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人的高速高精度控制。

三軸并聯(lián)機(jī)器人的控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)主要以下幾部分構(gòu)成：首先，“上平臺(tái)”即動(dòng)力操作平臺(tái)，是命令的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)端；“下平臺(tái)”即靜平臺(tái)，起到機(jī)架的固定作用；“運(yùn)動(dòng)支鏈構(gòu)”主要是實(shí)習(xí)平臺(tái)在空間內(nèi)的鏈接作用[3]。三軸并聯(lián)機(jī)器人由于具有成本低、易操作、機(jī)械裝置簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中具有普遍的應(yīng)用。所以，實(shí)現(xiàn)三軸并聯(lián)機(jī)器人的高速度高精準(zhǔn)控制對(duì)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。因此，在基于三軸并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，通過采用自適應(yīng)控制技術(shù)以及可拓控制器在一定程度上解決了三軸并聯(lián)機(jī)器人控制速度以及外界因素引發(fā)突變等問題。在三軸并聯(lián)機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，通過利用運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的控制服務(wù)，從而達(dá)到對(duì)機(jī)器人操作界面、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的信息傳輸與回傳，進(jìn)而實(shí)行了機(jī)器人控制系統(tǒng)的高精度控制。

4 結(jié)論

總而言之，隨著工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化革新發(fā)展，企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的要求也越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人高速度、高精準(zhǔn)度、高穩(wěn)定性以及高智能化控制已成為工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，對(duì)工業(yè)機(jī)機(jī)人高速高進(jìn)度控制技術(shù)與控制方法設(shè)計(jì)與研究具有重要意義。

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