[发明专利]一种并联机械臂的运动规划与控制方法

说明书

本发明提供了一种并联机械臂的运动规划和控制方法，包括如下步骤：步骤一，规划并联机械臂末端执行器预期的运动轨迹；步骤二，根据具体的并联机械臂参数计算相应的并联机械臂速度层运动学关系式；步骤三，基于步骤一与步骤二构建误差函数并结合张动力学计算各驱动杆相应的长度变化率；步骤四，将步骤三的求解结果传递给下位机控制器驱动机械臂运动。本发明解决了传统方法中参数难以确定的问题，且能够有效控制末端执行器的轨迹，可操作性高，在工程领域中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及并联机械臂运动规划及控制领域，更具体的说是一种并联机械臂的运动规划与控制方法。

背景技术

并联机械臂由动平台和静平台通过两个或两个以上分支并联而成，为多路闭环机构。并联机械臂因其具有精度高、惯性小、刚度大、承载能力高等特性，得到了业界的重视与研究，相继开发出了具有重大应用价值Stewart并联机械臂与Delta并联机械臂等，而对并联机械臂的运动规划与控制则是工业应用中十分重要的研究内容之一。

目前并联机械臂的运动规划与控制方法通常采用PID法。PID法是最为广泛应用的控制方法，由于设计简单可行，应用十分广泛。但不足的是，PID法三个参数的调整是一直以来未能得到有效解决的难题，这三个参数的设置往往会消耗操作人员大量的时间，降低办事的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种设计简单、易于操作且能实现有效控制的并联机械臂的运动规划与控制方法。

为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种并联机械臂的运动规划与控制方法，包括如下步骤：

步骤一，规划并联机械臂末端执行器预期的运动轨迹，其中包括期望位姿r_d与期望位姿变化率

步骤二，根据具体的并联机械臂参数计算相应的并联机械臂速度层运动学关系式其中为各驱动杆的长度变化率，为末端执行器的实际位姿变化率，f(·)为并联机械臂由笛卡尔空间到关节空间的非线性映射函数；

步骤三，基于步骤一与步骤二构建末端执行器实际位姿r的误差函数e＝r-r_d，并结合张动力学的线性设计公式其中λ作为控制所述方法的收敛速度的正实数，得到根据并联机械臂速度层运动学关系式计算各驱动杆相应的长度变化率为

步骤四，将步骤三的求解结果传递给下位机控制器驱动机械臂运动。

本发明通过设置四个步骤来控制机械臂运动，整个过程简单且易于操作，避免了以往操作复杂且难以控制的情形。

所述步骤一中规划并联机械臂末端执行器预期的运动轨迹包括设定末端执行器的期望位姿r_d与期望位姿变化率通过末端执行器的期望位姿r_d与期望位姿变化率也即可以确定并联机械臂末端执行器预期的运动轨迹。

所述步骤二中根据具体的并联机械臂参数计算相应的并联机械臂速度层运动学关系式通过该关系式，将各驱动杆的长度变化率和末端执行器的位姿变化率联系起来，利用末端执行器的位姿变化率就可以计算得到各驱动杆的长度变化率。

进一步的，所述步骤三基于步骤一与步骤二所得的末端执行器的期望位姿r_d、期望位姿变化率和并联机械臂速度层运动学关系式构建误差函数e＝r-r_d；结合张动力学的线性设计公式，即其中λ为正实数，作为收敛因子用于控制该法的收敛速度，计算得到各驱动杆相应的长度变化率对应地，各驱动杆相应的长度变化率在计算机数字离散控制系统中为其中kτ为离散时刻，τ为控制采样间隔。这样，只需要确定参数λ，就可以得到各驱动杆相应的长度变化率。

进一步的，通过步骤四将步骤三的求解结果传递给下位机控制器驱动机械臂运动，由于各驱动杆相应的长度变化对应着机械臂不同的运动，从而实现对机械臂运动的控制。