基于物聯(lián)網(wǎng)的機器人并聯(lián)機構(gòu)平穩(wěn)性控制

陳運勝，張創(chuàng)基，孫令真

（廣州華立科技職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 511325）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，采用智能傳感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制模型，通過傳感信息參數(shù)識別，進行彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人的誤差穩(wěn)定性控制和調(diào)節(jié)，提高彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人的環(huán)境跟隨和響應(yīng)能力。相關(guān)彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)設(shè)計方法研究在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有很好的前景。對彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人的控制設(shè)計建立在機器人智能參數(shù)采集和控制律設(shè)計基礎(chǔ)上，通過光測方法和控制導(dǎo)引等方法，分析彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人的輸出傳動誤差，通過幾何參數(shù)表達(dá)和點位置參數(shù)識別，實現(xiàn)彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人的控制律設(shè)計。本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的機器人并聯(lián)機構(gòu)平穩(wěn)性控制方法。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人的傳感信息采集，然后進行控制律穩(wěn)定性設(shè)計，最后實現(xiàn)機器人并聯(lián)機構(gòu)平穩(wěn)性控制的仿真測試。

1 機器人并聯(lián)機構(gòu)平穩(wěn)性控制系統(tǒng)總體構(gòu)架

為實現(xiàn)彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合嵌入式模糊控制過程方法，采用集成的DSP融合控制技術(shù)進行彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的PLC邏輯可編程控制，構(gòu)建彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模型。采用信息交叉編譯的方法進行彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的集成控制，設(shè)計彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)節(jié)能控制的自動控制傳輸協(xié)議，在上位機通信模塊實現(xiàn)連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制及導(dǎo)引頻監(jiān)控程序引導(dǎo)。構(gòu)建ROM配置器，采用異步存儲控制方法實現(xiàn)彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的嵌入式構(gòu)架。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在MCU控制協(xié)議層中進行彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的交叉編譯和輸出總線調(diào)度。系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

結(jié)合傳感設(shè)備分布式部署，構(gòu)建彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的信息采集模型。通過傳感分布融合設(shè)計，實現(xiàn)對彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的輸出指令融合。用ARM芯片設(shè)計彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的ARMLinux內(nèi)核，結(jié)合ZigBee的云計算技術(shù)進行彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的總線控制和傳輸協(xié)議設(shè)計。系統(tǒng)的控制對象模型如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制對象模型

2 控制算法設(shè)計

通過彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人末端姿態(tài)偏移的步態(tài)規(guī)劃，定義在任務(wù)空間的糾偏誤差參量由個全向運動決策變量信息融合構(gòu)成，表示為：

由此構(gòu)建彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人末端姿態(tài)偏移規(guī)劃模型，計算控制機器人末端執(zhí)行器沿笛卡兒空間偏移規(guī)劃函數(shù)，表示為：

式中：和分別為機器人末端姿態(tài)偏移動態(tài)參數(shù)；和分別為空間偏移特征量；G()表示彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人末端姿態(tài)偏移的主要控制參數(shù)；()表示機器人末端工具位姿參數(shù)。

分析對應(yīng)時間段內(nèi)機器人末端姿態(tài)偏移的控制輸出為：

計算在時刻輸入機器人的關(guān)節(jié)參數(shù)，采用適應(yīng)度參數(shù)調(diào)節(jié)，通過傳感器獲得實際軌跡在時刻的位姿，得到位姿控制函數(shù)為：

式中：為機器人的作動器需要完成控制的權(quán)重系數(shù)；S為心參考的加速度；A為機器人的糾偏誤差。

采用比例-積分控制進行軌跡糾偏控制，得到優(yōu)化控制律為：

綜上分析，設(shè)計比例-積分控制器，通過連桿負(fù)載驅(qū)動性設(shè)計方法建立機器人的彈性連桿連續(xù)操作模型，可實現(xiàn)控制系統(tǒng)優(yōu)化。

3 實驗測試

為測試本文方法在實現(xiàn)彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制的可靠性能，采用MATLAB進行仿真測試，通過物聯(lián)網(wǎng)底層數(shù)據(jù)的在線編譯方法，實現(xiàn)機器人控制指令寫入，采用USB總線構(gòu)建人機交互輸出串行接口。仿真參數(shù)設(shè)定見表1所列。

表1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

根據(jù)仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)定，構(gòu)建彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人的運動規(guī)劃模型，得到傳感參數(shù)序列如圖3所示。

圖3 傳感參數(shù)序列

以圖3的傳感位姿參數(shù)為控制對象模型，得到控制收斂曲線如圖4所示。

圖4 控制收斂曲線

分析圖4得知，采用本文方法進行彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制的收斂性較好，控制誤差得到了有效抑制，且控制穩(wěn)定性和魯棒性較高。

4 結(jié) 語

構(gòu)建彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人末端姿態(tài)偏移規(guī)劃模型，計算控制機器人末端執(zhí)行器沿笛卡兒空間偏移規(guī)劃參數(shù)，結(jié)合傳感設(shè)備分布式部署，構(gòu)建彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的信息采集模型，通過傳感分布融合設(shè)計，實現(xiàn)對彈性連桿機構(gòu)并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)設(shè)計。測試得知，本文方法對機器人控制的穩(wěn)定性較好，魯棒性較高。