[发明专利]基于PID自适应的控制装置、控制方法及应用其的机器人

说明书

技术领域

本发明涉及伺服传动装置的控制技术领域，具体地讲，是指一种基于PID自适应的控制装置、控制方法及应用其的机器人，其适用于硅片传输机械手的两手臂同步控制。

背景技术

洁净机器人是一种应用于集成电路制造业，用于硅片在生产线上不同的工艺加工模块之间进行高效传输和定位的专用机器人。由于硅片比较薄并且易碎，硅片传输过程中，任何轻微的震动都可能对硅片造成损坏，这就对洁净机器人机械手臂在运行过程中的平稳性提出了较高要求。在各种洁净机器人当中有一种frog-leg型真空机械手，其形状和机械特性类似于青蛙的腿，有两个手臂，分别由两个电机对其控制。由于机械摩擦、机构设计、使用材料等因素的影响，两个手臂的机械特性不可能完全相同。当同时对两个电机施加相同的控制作用时，两个手臂的运行可能会出现不同步的情况，导致手臂末端托盘出现抖动，甚至会滑落损坏硅片。如何减小frog-leg型真空机械手运行过程中的不同步性、减小机械手抖动成为硅片传输机械手研制的关键问题。

frog-leg型真空机械手两个手臂之间运动特性有强耦合性，即一个手臂的运动会给另一个手臂施加一定大小的力，它们之间有相互作用。在现有的技术中，文献名为“双直线电机同步驱动系统中模糊自适应PID控制方法的研究”(《沈阳工业大学学报》，2005，第27卷1期，34-37页)，采用模糊自适应与传统PID控制相结合的方案，实现了对PID控制器参数的在线自动整定，并采用速度与加速度的双重补偿。文献名为“单神经元PID在多电机同步控制中的应用”(《机电工程》，2010，第27卷8期，14-18页)，采用一种具有自学习和自适应能力的单神经元PID同步控制算法，单神经元PID控制算法可以在一定程度上解决传统PID控制不易在线实时整定参数的问题，实现电机的同步控制。以上同步控制技术具有一定的相关性，即都是通过在输出端检测各个电机速度和位置的变化并做比较，比较后再分别对两个电机的PID参数进行调节。但是上述算法所应用的电机之间并不具有强耦合性，如果应用在frog-leg型真空机械手中，仍然会出现两个手臂抖动的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PID自适应的控制装置、控制方法及应用其的机器人，其能实现对两个电机同步控制、减小两机械臂抖动。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于PID自适应的控制装置，其包括：DSP电机采集与控制器及采集卡；所述的DSP电机采集与控制器作为电机采集与控制的设备，有两路A/D，实现对电机速度反馈信号的采样；所述的采集卡，与DSP电机采集与控制器之间，是通过CAN总线进行通信。

优选地，上述的DSP电机采集与控制器，包括控制模块、可编程CPLD、存储器电路RAM，以及RS232接口和CAN总线接口，所述的控制模块用以实现对电机驱动电路的驱动控制。

优选地，上述的采集卡是采用以PC104为工业控制总线。

优选地，上述的电机包括电机驱动器及与其相连的位置和速度传感器。

一种基于PID自适应的控制方法，其采用上述的基于PID自适应的控制装置，其包括以下步骤：

1)根据机器人的运行规划，获得电机位置期望值，即两个电机轴在所有运动时刻位置的期望值；

2)根据设在两个电机上的位置和速度传感器，读取电机当前的实际位置值和速度值；

3)计算步骤：计算两个电机实际位置与期望位置的差值；

4)接收步骤3)中的差值，设置两个电机的比例环节KP；

5)根据步骤2)中的位置值和速度值，进行PID控制，以设置两个电机的积分环节KI和微分环节KD；

6)将比例环节KP、积分环节KI和微分环节KD输入给电机驱动器。

上述的基于PID自适应的控制方法，在步骤4)中，两个电机比例环节KP由两电机各自实际位置与期望位置的差值决定，两个比例环节KP的比值与两个差值的比值相同，但是方向相反。

上述的基于PID自适应的控制方法，在步骤5)中，两个电机的积分环节KI和微分环节KD根据实际位置、速度值和期望位置值进行自适应调整，调整值由仿真器获得。

上述的基于PID自适应的控制方法，在步骤5)和步骤6)间，还进一步包括有检测步骤，用于检测同步误差是否满足要求，若不满足要求，返回步骤5)，若满足要求，则进行步骤6)。