[发明专利]一种Delta机器人运动机构的模糊PI控制器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及Delta机器人控制领域，具体是基于LabVIEW图形化编程软件，设计一种Delta机器人运动机构的模糊PI控制器，改善系统的动态响应性能，提高跟踪的精度，属于机器人控制技术领域。

背景技术

自1962年第一台工业机器人应用于生产线以来，机器人技术不断发展、完善和成熟，目前已广泛应用于制造业、服务业、科学探索、医学、军事和航天等各个领域。工业机器人可以代替人类完成大量高质量要求的工作，如汽车制造、电子产品制造、食品包装、物料的搬运等。由于Delta机器人具备刚性强度大、速度快、精度高、承载能力强、动负荷小、结构紧凑等特点，在工业领域分拣、插装等工序中有广泛的应用。通过何种控制方法使Delta机器人手臂更加快速、精准、稳定地抓取物品，一直是Delta机器人的研究热点。Delta机器人控制系统是一个非线性、多输入、多输出、强耦合的复杂系统，PI控制器处理系统不确定性的能力有限，会造成控制的不准确和不稳定。模糊PI控制是根据控制规则决定控制量的大小，其控制算法是根据现场实际运行情况及操作人员的经验，通过建立控制规则表，按照模糊合成推理规则求出相应的控制量，再经过反复调试和修正，加上PI控制较好的稳态性能，使被控对象具有良好的静态特性和动态特性。故模糊PI控制不需要知道控制对象精确的数学模型，从而克服了复杂系统无法建立确定的数学模型的缺点。

发明内容

本发明的目的在于以LabVIEW图形化编程软件为平台，设计一种Delta机器人运动机构的模糊PI控制器，改善系统的动态响应性能，提高跟踪的精度。

按照本发明提供的技术方案，所述Delta机器人运动机构的模糊PI控制器技术方案包括如下步骤：

第一步，在立体钢结构支架内安装Delta机器人，所述的Delta机器人能够在立体支架内运动；在钢结构立体支架前端安装工业智能相机，Delta机器人下方安装垂直于机器人本体的传送带；在工业智能相机所在的位置建立相机坐标系，在Delta机器人的静平台上建立机器人的基坐标系；在工控机上安装NI的PCI-7842R板卡，通过信号转接板连接到伺服电机驱动器。

第二步，当传送带上有物件传送时，工业智能相机识别物件的像素位置，并转化到相机坐标系的位置，由相机坐标系的位置通过外参数矩阵转化到基于机器人基坐标的位置；在运动过程中，通过传送带上编码器反馈的信息对物件的位置进行实时更新，当物件到达机器人工作区域时，机器人完成将传送带上的物件抓取到另一固定位置。

第三步，建立Delta机器人的运动学模型，确定各运动轴位置(θ₁，θ₂，θ₃)与末端执行器位置坐标(x，y)的对应关系，即位置逆解模型。通过已知机械臂末端的位置，求解主动臂的转角。

第四步，在关节空间中根据作业任务的要求，由起始点和终止点的位置、速度和加速度，计算出预计的运动轨迹，采用五次多项式插值规划关节空间的运动轨迹。

第五步，Delta机器人的运动机构即伺服电机，由伺服电机的编码器反馈得到伺服电机的当前位置信息，经NI板卡上的FPGA模块处理后传送到工控机，由给定转角位置与当前的角度位置得到位置偏差e，输入到模糊PI控制器，控制器输出速度的脉冲信号，通过NI板卡上的FPGA模块输出到伺服驱动器，使电机旋转到给定位置。

所述第二步包括如下步骤：

2.1、在获取像素点坐标后，需要通过标定得到的内外参数求取基于并联机器人的基坐标。所谓相机标定，就是根据给定的相机模型求取相机的内部参数、外部参数。采用张正友方法进行相机标定，相机坐标系下的参数求取如下：