關于工業機器人的高速高精度控制方法的探討

王遠超

摘 要：隨在科技高速發展的背景下，工業生產高質量、高效率、高智能的要求進一步的提高，而工業機器人的應用在一定程度上解決了這一問題。因此，在時代發展背景下，對工業機器人高速高精度控制的實踐研究已成為工業機器人發展的必然趨勢。基于此，本文通過對工業機器人高速高精度控制的簡述進一步對現今工業機器人實現高速高精度控制方法“魯棒時延估計控制設計”以及控制系統結構進行了分析。

關鍵詞：工業機器人；高速高精度；控制方法

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

0 引言

現今，在我國工業建設與發展過程中，工業機器人已成為工業生產制造的主要設備。工業機器人的革新發展，在一定程度上實現了現代工業生產智能化的發展，不僅強化了工業生產的高速化、高安全性的發展，也提升了工業產品的質量和精準性，從而促進了工業企業的競爭優勢和可持續發展。隨著時代的發展需求工業機器人高速高精度控制已成為工業機器人發展的必然趨勢和研究重點。因此，本文對其進行了簡要分析，以期為工業機器人的發展提供參考。

1 關于工業機器人高速高精度控制的簡述

工業機器人是應用于工業領域一種可實現自動執行工作的一種多功能機器包括“多關節機械手”、“全面自由度的機器裝置”等，工業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，實現工業作業的[1]。隨著科技的發展以及社會對工業生產與產品的要求，工業機器人自動化、智能化的高速高精準控制的發展已成為工業現代化建設與革新的必然趨勢。

我國作為工業生產大國，雖然工業機器人的應用已得到廣泛的發展甚至在數量上一度超過其他國家，但我國機器人控制與設計鄰域現對于發達國家而言相對落后，高速高精準控制型工業機器人多為進口產品。因此，機器人高速高精準控制方法作為工業機器人改革的主要技術已成為相關鄰域以科研人員研究的重點。其中工業機器人關節處的運動與整體操作能力的靈活性、高速性以及工業機器人機構的優化性、可控性、使用的高精準性已成為研究內容的“關鍵技術”。

2 基于魯棒性控制的時延估計控制器以及H控制技術

由于工業機器人主要由主體、驅動系統和控制系統組成，其中控制系統的結構位置具有一定的非線性，所以該系統存在著不穩定性并容易受外界因素的影響，從而導致工業機器人工作性能的降低。因此，為提升其工作性能，強化控制系統的控制精度，需對其運動的平穩性以及對外界影響因素的調控進行強化發展。而魯棒性控制在此基礎上得以提出并實現發展，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控制機器人的穩定性，從而實現“零”時間下的機器人穩定控制。“時延估計控制器”就是在此研究目標的基礎上，依據魯棒性控制技術得以設計，并服務于工業機器人實現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律，通過計算與相應配制得以實現的。計算工業機器人控制規律的主要公式為：

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，在依據公式的基礎上，可得到機器人基于魯棒性時延估技術基礎上的閉環系統中的誤差動態，即當w=0時，（，，）=F（，，）=F（，，），所以，當存在的不穩定性逐漸為降低并削弱時，時延估計誤差w相應的在減低控制系統的控制質量。當采用魯棒性時延估計控制方法實現機器人高速高精度控制時，需結合相應的配套設計得以改善從而實現控制目標，從而促使了魯棒性的H機器人高速高精度控制技術的出現。

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

3 三軸并聯機器人的高速高精度控制技術

在基于魯棒性高速高精度控制技術的基礎上，先后出現了函數構造控制方法、齊次控制系統以及基于終端滑模神經網絡方法等。此外，在基于三軸并聯機器人控制系統結構的基礎上，通過構建了可拓展的自適應控制模型技術也在一定程度上實現了工業機器人的高速高精度控制。

三軸并聯機器人的控制系統組織結構主要以下幾部分構成：首先，“上平臺”即動力操作平臺，是命令的執行驅動端；“下平臺”即靜平臺，起到機架的固定作用；“運動支鏈構”主要是實習平臺在空間內的鏈接作用[3]。三軸并聯機器人由于具有成本低、易操作、機械裝置簡單等特點，在我國工業生產中具有普遍的應用。所以，實現三軸并聯機器人的高速度高精準控制對我國工業生產發展具有重要意義。因此，在基于三軸并聯機器人控制系統組織結構與運行原理的基礎上，通過采用自適應控制技術以及可拓控制器在一定程度上解決了三軸并聯機器人控制速度以及外界因素引發突變等問題。在三軸并聯機器人的控制系統中，通過利用運動控制卡實現對驅動器和電機的控制服務，從而達到對機器人操作界面、驅動系統的信息傳輸與回傳，進而實行了機器人控制系統的高精度控制。

4 結論

總而言之，隨著工業生產的現代化革新發展，企業對工業機器人的要求也越來越高，實現工業機器人高速度、高精準度、高穩定性以及高智能化控制已成為工業機器人設計與發展的必然趨勢。因此，對工業機機人高速高進度控制技術與控制方法設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.國內外工業機器人發展現狀與趨勢研究[J].電子世界，2013（12）：5+7.