多轴机械臂关节伺服系统的控制方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115741681A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211378579.6(22)申请日2022.11.04(71)申请人上海飒智智能科技有限公司地址200240上海市闵行区剑川路951号1幢南楼4015室(72)发明人张建政韦鲲董易李亮华李方保(74)专利代理机构北京清大紫荆知识产权代理有限公司11718专利代理师黄贞君郑纯(51)Int.Cl.B25J9/16(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称多轴机械臂关节伺服系统的控制方法及系统(57)摘要本申请提供一种多轴机械臂关节伺服系统的控制方法及系统，应用于机器人及其伺服技术领域，其中控制方法包括构建机械臂中各关节的伺服系统对应的加速度反馈闭环传递函数；从所述机械臂在工作期间容许的负载惯量的变化范围，按预设的选取策略确定各关节的伺服系统对应的负载惯量比R值；根据各轴加速度增益值具有最小增益偏差的约束关系，求解出各关节的伺服系统对应的加速度反馈增益k值；将各关节的伺服系统对应的负载惯量比R值及加速度反馈增益k值，用于该关节的伺服系统对应的所述加速度反馈闭环传递函数中。通过从机械臂整体结构的惯量变化角度出发，提高了机械臂负载惯量变化时伺服性能稳定性。CN115741681ACN115741681A权利要求书1/2页1.一种多轴机械臂关节伺服系统的控制方法，其特征在于，包括：构建机械臂中各关节的伺服系统对应的加速度反馈闭环传递函数，其中所述加速度反馈闭环传递函数为：其中，ω为速度输出；iqref为电流指令；R为负载惯量比，R＝JL/Jm，Jm为关节电机惯量，JL为关节电机负载惯量；k为加速度反馈增益；s为拉普拉斯算子；从所述机械臂在工作期间容许的负载惯量的变化范围，按预设的选取策略确定各关节的伺服系统对应的负载惯量比R值，其中不同关节的伺服系统对应的负载惯量比R值不相同；根据各轴加速度增益值具有最小增益偏差的约束关系，求解出各关节的伺服系统对应的加速度反馈增益k值，其中所述约束关系为：其中，j和n为正整数，j为关节对应编号，n为机械臂的关节数量；Rj为第j关节对应的负载惯量比，kj为第j关节对应的加速度反馈增益；将各关节的伺服系统对应的负载惯量比R值及加速度反馈增益k值，用于该关节的伺服系统对应的所述加速度反馈闭环传递函数中，以使所述加速度反馈闭环传递函数中速度输出ω与电流指令iqref之间比值的变化满足预设的伺服性能变化范围。2.根据权利要求1所述的多轴机械臂关节伺服系统的控制方法，其特征在于，关节的伺服系统对应的负载惯量比R值的确定过程包括：按各关节在所述机械臂中的连接顺序，依次增大各关节的伺服系统对应的负载惯量比R值，以使确定出的多个负载惯量比R值覆盖所述机械臂在工作期间容许的负载惯量的变化范围。3.一种多轴机械臂关节伺服系统的控制方法，其特征在于，包括：建立各关节的伺服系统对应的加速度观测器，以采用所述加速度观测器对应替代所述伺服系统中的编码器单元，其中所述加速度观测器包括位置闭环控制器、电机理论模型和电流补偿环节，所述位置闭环控制器对应输入所述伺服系统的位置命令和内部电机理论模型的位置反馈量，所述电流补偿环对应输入所述位置闭环控制器的输出和电流补偿量，其中电流补偿量为所述伺服系统中速度环输出的电流指令和电机理论模型的等效电流值之差，以在电流补偿量与位置控制器的输出叠加形成控制量对模型电机进行控制后实时计算并输出加速度估计值，所述加速度估计值经二次积分后作为所述位置反馈量；将各关节的伺服系统对应的加速度反馈增益k值与该关节的伺服系统对应的所述加速度估计值的乘积，作为该关节的伺服系统中电流环的其中一个反馈参数，以调整所述伺服系统的控制参数，其中加速度反馈增益k值为通过如权利要求1‑2中任意一项所述多轴机械臂关节伺服系统的控制方法得到的k值。4.根据权利要求3所述的多轴机械臂关节伺服系统的控制方法，其特征在于，所述加速度估计值乘以伺服系统的惯量值Jn反馈入所述加速度反馈器的电流补偿环。2CN115741681A权利要求书2/2页5.根据权利要求4所述的多轴机械臂关节伺服系统的控制方法，其特征在于，所述惯量值Jn选择该关节容许的系统惯量变化范围的中间值。6.根据权利要求3所述的多轴机械臂关节伺服系统的控制方法，其特征在于，所述位置闭环控制器为PID控制器。7.一种多轴机械臂关节伺服系统的控制系统，其特征在于，包括：构建模块，用于构建机械臂中各关节的伺服系统对应的加速度反馈闭环传递函数，其中所述加速度反馈闭环传递函数为：其中，ω为速度输出；iqref为电流指令；R为负载惯量比，R＝JL/Jm，Jm为关节电机惯量，JL为关节电机负载惯量；k为加速度反馈增益；s为拉普拉