[发明专利]一种柔性机械臂控制仿真平台及其仿真方法

说明书

本发明涉及一种柔性机械臂控制仿真平台及其工作方法，所述的仿真平台包括柔性机械臂数学模型、仿真平台主界面、控制方案选择及实现模块、期望轨迹设置模块、控制参数设置模块和参数状态显示模块，利用构建图形化界面的GUI语言，设计仿真平台的人机交互界面，与基于Simulink的控制仿真系统建立了数据交互通道。使用者在人机交互界面上输入仿真平台的各个控制参数及模型参数，通过点击各个功能按钮，实现参数设置、数学仿真运行及仿真图像显示。

技术领域

本发明涉及一种机械臂的仿真技术，尤其是一种用于柔性机械臂的控制仿真平台及其仿真方法，属于移动通信技术领域。

背景技术

柔性机械臂作为柔性多体系统动力学分析与控制理论研究最直接的应用对象，其具有简明的物理模型以及易于计算机和实物模型试验实现的特点。自20世纪90年代起，柔性机械臂的建模与仿真研究引起了国内外专家学者的广泛关注。迄今为止针对刚性机械臂控制的研究已经形成了诸多成熟的控制理论。

控制论的全面发展为柔性机械臂控制算法设计提供了诸多选择，特别是神经网络控制、模糊控制、混合智能控制等非线性控制等理论都被不同程度地引入柔性机械臂控制器的设计领域。传统的柔性机械臂前期研制到投入工程实践的过程中需要多次进行控制效果测试，测试周期长，且在产品不能保证控制方法满足安全性和高效性要求时无法更新算法，需要重新设计柔性机械臂从而产生资源浪费。

近几十年来，计算机技术己经成为诸多科学研究领域必要的工具，而以数学理论为基础，以计算机和各种物理设施为辅助设备，建立模拟仿真模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的方法也逐渐成为了各个学术领域研究过程中最常用的方法。利用计算机仿真技术，在前期设计过程中控制系统的参数可随时进行重设，通过仿真结果可预先确定机械臂设计的合理性，这一方法在柔性机械臂的理论研究方面具有长远的帮助。

国内现阶段实现柔性机械臂仿真的方法大多为软件直接建模。例如，在ADAMS软件中建立柔性机械臂的物理模型，并在MATLAB/Simulink环境中设计控制器实现了联合仿真；或在DADS软件环境下采用有限段法对多柔体系统进行建模并实现了双连杆柔性机械臂的动力学仿真；或在柔性机械臂的建模上采用了MapleSim多领域仿真建模平台，借助Maple环境功能块化的编程方式实现了柔性机械臂的分部设计。但上述柔性机械臂仿真系统的结构很复杂，参数重设难度大，还有交互性差，仿真数据不易观察与处理的问题。

综上所述，现阶段的柔性机械臂控制仿真平台主要存在以下问题：

1、仿真平台人机交互性差，操作逻辑复杂。

2、仿真数据量大，纯数据的记录不易于分析工作。

3、参数设修改难度大，需对仿真系统进行重新设计。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种柔性机械臂控制仿真平台及其仿真方法，以图形化人机交互界面为主要形式，以柔性机械臂控制算法选择、数学模型参数设置、状态量实时显示为主要功能，实现柔性机械臂控制算法快速测试的仿真平台。

为了达到以上目的，本发明提供了一种柔性机械臂控制仿真平台，包括柔性机械臂数学模型(1)、仿真平台主界面(2)、控制方案选择及实现模块(3)、期望轨迹设计模块(4)、控制参数设置模块(5)及参数状态显示模块(6)，各模块之间通讯连接实现数据传输。

所述的仿真平台主界面(2)负责协调仿真平台中各模块的工作过程，通过控制参数设置模块(5)给定目标控制参数，并传递至柔性机械臂数学模型(1)；通过控制方案选择及实现模块(3)设置目标使用的控制方法；利用期望轨迹设置模块(4)指定柔性机械臂仿真运动的期望轨迹；利用参数状态显示模块(6)在仿真平台主界面(2)上实现各参数数值及仿真图像的实时显示。