關(guān)于工業(yè)機器人的高速高精度控制方法的探討

王遠超

摘 要：隨在科技高速發(fā)展的背景下，工業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量、高效率、高智能的要求進一步的提高，而工業(yè)機器人的應(yīng)用在一定程度上解決了這一問題。因此，在時代發(fā)展背景下，對工業(yè)機器人高速高精度控制的實踐研究已成為工業(yè)機器人發(fā)展的必然趨勢?；诖?，本文通過對工業(yè)機器人高速高精度控制的簡述進一步對現(xiàn)今工業(yè)機器人實現(xiàn)高速高精度控制方法“魯棒時延估計控制設(shè)計”以及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；高速高精度；控制方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.168

0 引言

現(xiàn)今，在我國工業(yè)建設(shè)與發(fā)展過程中，工業(yè)機器人已成為工業(yè)生產(chǎn)制造的主要設(shè)備。工業(yè)機器人的革新發(fā)展，在一定程度上實現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)智能化的發(fā)展，不僅強化了工業(yè)生產(chǎn)的高速化、高安全性的發(fā)展，也提升了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和精準(zhǔn)性，從而促進了工業(yè)企業(yè)的競爭優(yōu)勢和可持續(xù)發(fā)展。隨著時代的發(fā)展需求工業(yè)機器人高速高精度控制已成為工業(yè)機器人發(fā)展的必然趨勢和研究重點。因此，本文對其進行了簡要分析，以期為工業(yè)機器人的發(fā)展提供參考。

1 關(guān)于工業(yè)機器人高速高精度控制的簡述

工業(yè)機器人是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域一種可實現(xiàn)自動執(zhí)行工作的一種多功能機器包括“多關(guān)節(jié)機械手”、“全面自由度的機器裝置”等，工業(yè)機器人主要是通過人為操控和基于計算機編程程序控制等形式，實現(xiàn)工業(yè)作業(yè)的[1]。隨著科技的發(fā)展以及社會對工業(yè)生產(chǎn)與產(chǎn)品的要求，工業(yè)機器人自動化、智能化的高速高精準(zhǔn)控制的發(fā)展已成為工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)與革新的必然趨勢。

我國作為工業(yè)生產(chǎn)大國，雖然工業(yè)機器人的應(yīng)用已得到廣泛的發(fā)展甚至在數(shù)量上一度超過其他國家，但我國機器人控制與設(shè)計鄰域現(xiàn)對于發(fā)達國家而言相對落后，高速高精準(zhǔn)控制型工業(yè)機器人多為進口產(chǎn)品。因此，機器人高速高精準(zhǔn)控制方法作為工業(yè)機器人改革的主要技術(shù)已成為相關(guān)鄰域以科研人員研究的重點。其中工業(yè)機器人關(guān)節(jié)處的運動與整體操作能力的靈活性、高速性以及工業(yè)機器人機構(gòu)的優(yōu)化性、可控性、使用的高精準(zhǔn)性已成為研究內(nèi)容的“關(guān)鍵技術(shù)”。

2 基于魯棒性控制的時延估計控制器以及H控制技術(shù)

由于工業(yè)機器人主要由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，其中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)位置具有一定的非線性，所以該系統(tǒng)存在著不穩(wěn)定性并容易受外界因素的影響，從而導(dǎo)致工業(yè)機器人工作性能的降低。因此，為提升其工作性能，強化控制系統(tǒng)的控制精度，需對其運動的平穩(wěn)性以及對外界影響因素的調(diào)控進行強化發(fā)展。而魯棒性控制在此基礎(chǔ)上得以提出并實現(xiàn)發(fā)展，魯棒性控制又稱魯棒性有限時間控制主要目的是在有效的時間內(nèi)控制機器人的穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)“零”時間下的機器人穩(wěn)定控制。“時延估計控制器”就是在此研究目標(biāo)的基礎(chǔ)上，依據(jù)魯棒性控制技術(shù)得以設(shè)計，并服務(wù)于工業(yè)機器人實現(xiàn)高速高精度控制方法的裝置[2]。魯棒性時延估計控制器依靠機器人運行控制規(guī)律，通過計算與相應(yīng)配制得以實現(xiàn)的。計算工業(yè)機器人控制規(guī)律的主要公式為：

T=u+（，，），u=--

在上述公式中、指代正常情況下的“對角矩陣”，而（，，）指代評估值。因此，在依據(jù)公式的基礎(chǔ)上，可得到機器人基于魯棒性時延估技術(shù)基礎(chǔ)上的閉環(huán)系統(tǒng)中的誤差動態(tài)，即當(dāng)w=0時，（，，）=F（，，）=F（，，），所以，當(dāng)存在的不穩(wěn)定性逐漸為降低并削弱時，時延估計誤差w相應(yīng)的在減低控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。當(dāng)采用魯棒性時延估計控制方法實現(xiàn)機器人高速高精度控制時，需結(jié)合相應(yīng)的配套設(shè)計得以改善從而實現(xiàn)控制目標(biāo)，從而促使了魯棒性的H機器人高速高精度控制技術(shù)的出現(xiàn)。

基于魯棒性的H機器人高速高精度控制技術(shù)的主要功能在于對工業(yè)機器人非線性系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。研究實踐證實該技術(shù)在一定程度上可有效降低外界因素對工業(yè)機器人控制系統(tǒng)以及驅(qū)動系統(tǒng)的干擾，從而實現(xiàn)了工業(yè)機器人高速高精度的控制。

3 三軸并聯(lián)機器人的高速高精度控制技術(shù)

在基于魯棒性高速高精度控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，先后出現(xiàn)了函數(shù)構(gòu)造控制方法、齊次控制系統(tǒng)以及基于終端滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。此外，在基于三軸并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建了可拓展的自適應(yīng)控制模型技術(shù)也在一定程度上實現(xiàn)了工業(yè)機器人的高速高精度控制。

三軸并聯(lián)機器人的控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)主要以下幾部分構(gòu)成：首先，“上平臺”即動力操作平臺，是命令的執(zhí)行驅(qū)動端；“下平臺”即靜平臺，起到機架的固定作用；“運動支鏈構(gòu)”主要是實習(xí)平臺在空間內(nèi)的鏈接作用[3]。三軸并聯(lián)機器人由于具有成本低、易操作、機械裝置簡單等特點，在我國工業(yè)生產(chǎn)中具有普遍的應(yīng)用。所以，實現(xiàn)三軸并聯(lián)機器人的高速度高精準(zhǔn)控制對我國工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。因此，在基于三軸并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)與運行原理的基礎(chǔ)上，通過采用自適應(yīng)控制技術(shù)以及可拓控制器在一定程度上解決了三軸并聯(lián)機器人控制速度以及外界因素引發(fā)突變等問題。在三軸并聯(lián)機器人的控制系統(tǒng)中，通過利用運動控制卡實現(xiàn)對驅(qū)動器和電機的控制服務(wù)，從而達到對機器人操作界面、驅(qū)動系統(tǒng)的信息傳輸與回傳，進而實行了機器人控制系統(tǒng)的高精度控制。

4 結(jié)論

總而言之，隨著工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化革新發(fā)展，企業(yè)對工業(yè)機器人的要求也越來越高，實現(xiàn)工業(yè)機器人高速度、高精準(zhǔn)度、高穩(wěn)定性以及高智能化控制已成為工業(yè)機器人設(shè)計與發(fā)展的必然趨勢。因此，對工業(yè)機機人高速高進度控制技術(shù)與控制方法設(shè)計與研究具有重要意義。

參考文獻：

[1]郭曉彬，劉冠峰，張國英等.Delta并聯(lián)機器人計算力矩解耦控制與仿真[J].計算機仿真，2015（11）：352-357.

[2]秦娟，葉玉堂，劉娟秀等.高精度視覺光電多指節(jié)機器人中的零點歸位新方法[J].光電工程，2013（01）：145-150.

[3]張紅霞.國內(nèi)外工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢研究[J].電子世界，2013（12）：5+7.