[发明专利]一种五自由度混联机器人的双闭环控制方法

摘要

本发明公开了一种含转动支架的五自由度混联机器人的双闭环控制方法，步骤为利用第一、第二圆光栅实时检测第一、第四转动副的轴线的实际转角，利用直线光栅实时检测从动长度调节装置沿移动副方向的移动距离，将实际转角和实际杆长信息通过算法转换为驱动三个伺服电机的实际转角，并将其与指令值比较，经PID调节转换为速度指令，进而实现位置环反馈控制；通过伺服电机的绝对式角度编码器，实时检测三个伺服电机轴的实际转角并分别作微分处理得到电机的实际转速，分别与相应的速度指令进行比较，进而通过PI调节实现电机的速度环反馈控制。本发明可在线实时补偿主动长度调节装置因丝杠传动误差、热伸长和因轴向弹性变形造成的杆长误差。

主权项

一种含转动支架的五自由度混联机器人的双闭环控制方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)安装第一圆光栅、第二圆光栅以及直线光栅；含转动支架的五自由度混联机器人包括具有一个平动和二个转动的三自由度并联机构,所述的三自由度并联机构包括转动支架，所述的转动支架的两侧各自通过第一转动副与安装在机架上的两个第一固定轴座转动连接,其中在转动支架与机架连接的第一转动副的转轴上安装第一圆光栅的尺身，在第一固定轴座上安装第一圆光栅的读数头；在转动支架与从动长度调节装置连接的第四转动副的转轴上安装第二圆光栅的尺身，在转动支架上安装第二圆光栅的读数头；在从动长度调节装置轴线移动方向安装直线光栅的尺身，在从动长度调节装置与转动支架所连接的第四转动副的内圈内侧安装直线光栅读数头；(2)利用第一圆光栅、第二圆光栅实时检测第一转动副和第四转动副的轴线的实际转角，利用直线光栅实时检测从动长度调节装置沿移动副方向的移动距离，从而得到从动长度调节装置实际杆长，将所述的实际转角和实际杆长信息通过算法转换为驱动三个主动长度调节装置的伺服电机的实际转角，并将其与指令值比较，经位置环控制器PID调节转换为速度指令，进而实现位置环反馈控制；通过驱动三个主动长度调节装置的伺服电机的电机轴上安装的绝对式角度编码器，实时检测三个伺服电机轴的实际转角并分别作微分处理得到三个伺服电机的实际电机转速，分别与相应的所述的速度指令进行比较，进而通过伺服放大器PI调节实现三个伺服电机的速度环反馈控制；所述的算法为：θ1a=2πpa12+b12+q42+2q4b1sinψcosθ-2a1b1cosψ]]>θia=2πpa22+b22+q42+sgn(i)2q4b2sinθ-2a2b2cosθ,sgn(i)=-1i=21i=3,i=2,3]]>式中：p——主动长度调节装置中滚珠丝杠的导程q4——通过直线光栅检测的移动距离加上从动长度调节装置初始位置杆长而得到的从动长度调节装置杆长ψ——第一圆光栅检测到的第一转动副的轴线的实际转角θ——第二圆光栅检测到的第四转动副的轴线的实际转角a1——由第一球链中心到从动调节装置轴线的理论垂距a2——由第二、三球链中心到从动调节装置轴线的理论垂距b1——连接第一主动长度调节装置与第二固定轴座的虎克铰的近架转轴轴线到转动支架与机架相连转轴轴线间的理论距离b2——连接第二主动长度调节装置与转动支架的第二转动副的转轴轴线到连接从动长度调节装置与转动支架的第四转动副的转轴轴线间的理论距离或者连接第三主动长度调节装置与转动支架的第三转动副的转轴轴线到连接从动长度调节装置与转动支架的第四转动副的转轴轴线间的理论距离θ1a、θ2a、θ3a——由第一圆光栅、第二圆光栅和直线光栅检测信息计算得到的驱动三个主动长度调节装置的伺服电机的实际转角。