[发明专利]一种弹性机器人关节角位移跟踪控制方法

说明书

本发明提供一种弹性机器人关节角位移跟踪控制方法，属于机器人关节控制领域。所述方法包括：建立三惯量弹性系统数学模型，将三惯量弹性系统等效为具有传动比的双惯量弹性系统，得到三惯量弹性系统等效数学模型，并将三惯量弹性系统等效数学模型转换为状态空间方程；根据得到的状态空间方程，构建三惯量弹性系统的动态方程；对动态方程进行线性化处理，并建立符合三惯量弹性系统特性及运行条件的对数变增益PI型迭代学习控制律。采用本发明，能够提高三惯量弹性系统角位移跟踪与角速度跟踪的准确性。

技术领域

本发明涉及机器人关节控制领域，特别是指一种弹性机器人关节角位移跟踪控制方法。

背景技术

关节机器人也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业。比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作，关节机器人利用电机驱动，使用高精度永磁同步电机矢量控制系统实现机器人关节的高精度控制。

三惯量弹性系统是以高精度传递运动为主要目的的一种机械传动形式，具有运动精度高、承载能力大、刚度高、体积小、无间隙等特点。在三惯量弹性系统中，伺服电机驱动负载运行时，由于中间的传动负载、滚珠丝杠等这些传动部件客观柔性的存在，产生的弹性扭转变形将造成动态负载端响应明显的滞后，甚至会成为系统的储能元件。现有的三惯量弹性系统存在角度跟踪与角速度跟踪准确性低的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种弹性机器人关节角位移跟踪控制方法，能够提高三惯量弹性系统角位移跟踪与角速度跟踪的准确性。所述技术方案如下：

建立三惯量弹性系统数学模型，将三惯量弹性系统等效为具有传动比的双惯量弹性系统，得到三惯量弹性系统等效数学模型，并将三惯量弹性系统等效数学模型转换为状态空间方程；

根据得到的状态空间方程，构建三惯量弹性系统的动态方程；

对动态方程进行线性化处理，并建立符合三惯量弹性系统特性及运行条件的对数变增益PI型迭代学习控制律。

进一步地，建立的三惯量弹性系统数学模型表示为：

/

其中，J_M表示电机侧转动惯量；表示电机侧角加速度；ω_M表示电机侧角速度；θ_M表示电机侧角位移；B_M表示电机侧粘滞阻尼系数；T_MR表示电机与传动负载之间的弹性连接转矩；J_R表示传动负载转动惯量；/表示传动负载角加速度；ω_R表示传动负载角速度；θ_R表示传动负载角位移；B_R表示传动负载粘滞阻尼系数；T_RL表示传动负载与动态负载之间的弹性连接转矩；i表示传动负载传动比；J_L表示动态负载转动惯量；/表示动态负载角加速度；ω_L表示动态负载角速度；θ_L表示动态负载角位移；B_L表示动态负载粘滞阻尼系数；s表示微分算子；b_MR表示电机与传动负载之间传动轴的粘滞阻尼系数；b_RL表示传动负载与动态负载之间传动轴的粘滞阻尼系数；K_MR表示电机与传动负载之间传动轴的刚度系数；K_RL表示传动负载与动态负载之间传动轴的刚度系数；T_L表示不可重复的未知动态负载干扰，T_M表示控制电机的输入转矩。

进一步地，当传动负载与电机之间的传动刚度大于预设值，则其角位移、角速度、角加速度与电机侧角位移、角速度、角加速度分别相等，即θ_M＝θ_R、ω_M＝ω_R，三惯量弹性系统等效数学模型表示为：

其中，分别表示电机侧角速度、动态负载角速度。