[发明专利]一种挖掘机器人关节轨迹控制方法及控制系统

说明书

本发明涉及工程机械技术领域，更具体而言，涉及一种挖掘机器人关节轨迹控制方法及控制系统。包括用于规划出挖掘机器人期望的关节轨迹的轨迹规划模块，用于将规划出的挖掘机器人期望关节轨迹求解为挖掘机器人期望的关节角位移的逆方程解析模块，用于根据挖掘机器人实际关节转动数据和期望关节角位移运用挖掘机器人关节轨迹控制方法不断修正关节角位移的偏差量至最小值，并将修正后的关节角位移信号传输给控制指令转换传输模块的关节控制算法模块，用于将修正后的关节角位移转换为挖掘机器人可以识别的控制信号的控制指令转换传输模块；本发明实现了挖掘机器人精确跟踪轨迹规划模块所规划期望轨迹的能力，响应快、鲁棒性强、智能化程度高。

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，更具体而言，涉及一种挖掘机器人关节轨迹控制方法及控制系统。

背景技术

挖掘机器人是一种典型的多用途工程机械，在国家的基础建设、采矿、房地产开发、水利等方面发挥着重要的作用，因而在现代工业中应用广泛。由于挖掘机器人的系统具有时变性、工作时的强动力学耦合和流量耦合、多输入和多输出的非线性、系统参数可能在大范围内变化等特性，所以以实现挖掘机器人的高精度、强鲁棒性的关节轨迹控制研究已经成为挖掘机器人控制领域的热点。

挖掘机器人关节轨迹控制系统其实质就是一种电液比例控制系统，挖掘机器人的电液比例控制有着多种控制方式，非线性控制、滑模控制、自适应控制、反馈控制等。实际应用中根据工作情况的不同可以使用不同的控制方式。滑模变结构控制作为一种非线性控制方式，对于外部扰动和系统参数变化具有很强的自适应性和鲁棒性，而且还对系统所建立的模型表现出不敏感性。为了减弱挖掘机器人电液比例系统的非线性、外部负载的不确定性、系统数学模型建立的不精确性对系统控制效果造成的影响，提出将滑模变结构控制应用于挖掘机器人电液比例控制系统中，对挖掘机器人的关节轨迹进行控制。但是现有的滑模变结构控制其效果并不是很理想，主要是因为滑模变结构控制有容易产生抖振的问题。

因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，提供一种通过引入智能神经网络来抑制滑模变结构的抖振、通过智能神经网络算法与滑模变结构的结合来对挖掘机器人关节轨迹进行控制的挖掘机器人关节轨迹控制方法及控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种挖掘机器人关节轨迹控制方法，包括

S1、建立挖掘机器人工作装置的拉格朗日动力学方程，以挖掘机器人动臂和斗杆为研究对象，铲斗全程处于锁止状态，将挖掘机器人的工作装置简化为二自由度的机械臂，由数据采集装置采集动臂和斗杆的关节角度，则挖掘机器人工作装置的拉格朗日动力学方程为：

S2、定义挖掘机器人关节轨迹控制误差，根据挖掘机器人的期望关节角位移和信号采集装置采集到的实际关节角位移定义挖掘机器人关节轨迹控制误差为：

e(t)＝θ_d(t)-θ(t)；

S3、定义滑模变结构的滑模面为：

进一步得出：

S4、计算RBF神经网络实际输出与理想输出之间的差值：

取RBF神经网络的输入为：

则根据RBF神经网络的结构原理可以得到其理想状态下的输出为：

y＝W^Th(x)＝b，(i＝1,2,......,n)，