[发明专利]一种汽车电泳涂装输送用混联机器人的自适应鲁棒滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种汽车电泳涂装输送用混联机器人的自适应鲁棒滑模控制方法，属于汽车电泳涂装技术领域。首先，针对该混联机器人，采用拉格朗日法建立其动力学模型，进行轨迹规划。然后，基于动力学模型设计自适应超螺旋滑模控制器，通过自适应规则动态调整增益大小，避免过高选取控制增益，从而抑制滑模控制抖振。同时引入扰动观测器估计并补偿混联机器人系统中存在的不确定性，提高系统的抗扰性能。最后，将扰动观测器与自适应滑模控制器相结合，构成自适应鲁棒滑模控制器。本发明不仅能增强混联机器人控制系统的鲁棒性和抗干扰能力，而且能解决滑模控制抖振和执行器饱和问题，实现了汽车电泳涂装输送用混联机器人的高性能控制。

技术领域

本发明涉及汽车电泳涂装技术领域，尤其涉及一种汽车电泳涂装输送用混联机器人的运动控制方法，着重提高输送用混联机器人控制系统的运动控制性能和鲁棒性。

背景技术

混联机构是将串联机构和并联机构合理结合运用的一种机械类结构，具有高刚度、高精度、高承载能力、工作空间大、运动灵活等优点。汽车电泳涂装输送用混联机器人可解决采用悬臂梁结构的现有电泳涂装输送设备承受重载荷能力较差、柔性化水平不高等问题，从而提升汽车电泳涂装输送性能。但混联机器人是一种强非线性、强耦合的多输入多输出复杂机构，在实际控制中面临摩擦力、未建模动态以及未知环境随机干扰等诸多不确定因素。因此难以得到完整、精确的混联机器人系统模型，容易导致机器人的控制性能下降，不利于汽车电泳涂装输送设备平稳、可靠运行，严重影响产量和涂层质量。

“新型混联式输送机构的全局快速终端滑模控制”(曹园园，高国琴，吴欣桐，信息技术，2016，pp.5-9)一文中针对混联式汽车电泳涂装输送用机器人的结构特点及运动特点，设计一种全局快速终端滑模控制器。该方法主要存在两点不足：1)该控制方法未能解决系统对不确定上界过高预计的问题，虽然可以通过调高滑模切换增益以维持一定的系统鲁棒性，但过高的切换增益容易引起抖振和执行器饱和等问题；2)该滑模控制方法对于强干扰的抗干扰能力较差，同时未考虑到滑动模态的“有界性”，无法保证滑动模态对系统不确定性具有完全“不变性”。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明针对新型汽车电泳涂装输送用混联机器人，提出一种自适应鲁棒滑模控制方法，以提高系统的控制精度与抗干扰性能，同时抑制滑模控制抖振和解决执行器饱和问题。

一种汽车电泳涂装输送用混联机器人的自适应鲁棒滑模控制方法，包括如下步骤：

1)以汽车电泳涂装输送用混联机器人为被控对象，采用解析法对该汽车电泳涂装输送用混联机器人进行运动学逆解分析，进一步求得混联机器人的运动学正解及雅克比矩阵；

2)对该混联机器人末端执行器，即对连接杆中点位姿进行轨迹规划；

3)采用拉格朗日法建立含未建模动态、摩擦力以及外界随机干扰的机器人动力学模型；

4)基于步骤3)中建立的机器人动力学模型，设计一种超螺旋二阶滑模控制器；

5)针对步骤4)中的超螺旋滑模控制的切换增益设计一种新型自适应率；

6)基于步骤3)所建立的动力学模型，设计非线性扰动观测器；

7)基于步骤4)、步骤5)和步骤6)构成自适应鲁棒滑模控制器；

8)通过软件编程，实现汽车电泳涂装输送用混联机器人的自适应鲁棒滑模控制。

进一步，所述步骤1)中，采用基于符号运算的微分变换法求解升降翻转机构的雅克比矩阵，得：

式中，J为雅克比矩阵；z、β分别为连接杆中点在z轴方向的位置和绕y轴方向逆时针转动的角度(单位分别为m、rad)；L₁为第一连杆的长度(单位为m)；R、r分别为主动轮半径和从动轮半径(单位均为m)。