基于物聯(lián)網(wǎng)的機器人并聯(lián)機構平穩(wěn)性控制

陳運勝，張創(chuàng)基，孫令真

（廣州華立科技職業(yè)學院，廣東 廣州 511325）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，采用智能傳感和物聯(lián)網(wǎng)技術建立彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制模型，通過傳感信息參數(shù)識別，進行彈性連桿機構并聯(lián)機器人的誤差穩(wěn)定性控制和調節(jié)，提高彈性連桿機構并聯(lián)機器人的環(huán)境跟隨和響應能力。相關彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)設計方法研究在物聯(lián)網(wǎng)技術應用領域具有很好的前景。對彈性連桿機構并聯(lián)機器人的控制設計建立在機器人智能參數(shù)采集和控制律設計基礎上，通過光測方法和控制導引等方法，分析彈性連桿機構并聯(lián)機器人的輸出傳動誤差，通過幾何參數(shù)表達和點位置參數(shù)識別，實現(xiàn)彈性連桿機構并聯(lián)機器人的控制律設計。本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的機器人并聯(lián)機構平穩(wěn)性控制方法。采用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)對彈性連桿機構并聯(lián)機器人的傳感信息采集，然后進行控制律穩(wěn)定性設計，最后實現(xiàn)機器人并聯(lián)機構平穩(wěn)性控制的仿真測試。

1 機器人并聯(lián)機構平穩(wěn)性控制系統(tǒng)總體構架

為實現(xiàn)彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計，結合嵌入式模糊控制過程方法，采用集成的DSP融合控制技術進行彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的PLC邏輯可編程控制，構建彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的總體結構模型。采用信息交叉編譯的方法進行彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的集成控制，設計彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)節(jié)能控制的自動控制傳輸協(xié)議，在上位機通信模塊實現(xiàn)連桿機構并聯(lián)機器人控制及導引頻監(jiān)控程序引導。構建ROM配置器，采用異步存儲控制方法實現(xiàn)彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的嵌入式構架。采用物聯(lián)網(wǎng)技術，在MCU控制協(xié)議層中進行彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的交叉編譯和輸出總線調度。系統(tǒng)總體構架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體構架

結合傳感設備分布式部署，構建彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的信息采集模型。通過傳感分布融合設計，實現(xiàn)對彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的輸出指令融合。用ARM芯片設計彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的ARMLinux內核，結合ZigBee的云計算技術進行彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的總線控制和傳輸協(xié)議設計。系統(tǒng)的控制對象模型如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制對象模型

2 控制算法設計

通過彈性連桿機構并聯(lián)機器人末端姿態(tài)偏移的步態(tài)規(guī)劃，定義在任務空間的糾偏誤差參量由個全向運動決策變量信息融合構成，表示為：

由此構建彈性連桿機構并聯(lián)機器人末端姿態(tài)偏移規(guī)劃模型，計算控制機器人末端執(zhí)行器沿笛卡兒空間偏移規(guī)劃函數(shù)，表示為：

式中：和分別為機器人末端姿態(tài)偏移動態(tài)參數(shù)；和分別為空間偏移特征量；G()表示彈性連桿機構并聯(lián)機器人末端姿態(tài)偏移的主要控制參數(shù)；()表示機器人末端工具位姿參數(shù)。

分析對應時間段內機器人末端姿態(tài)偏移的控制輸出為：

計算在時刻輸入機器人的關節(jié)參數(shù)，采用適應度參數(shù)調節(jié)，通過傳感器獲得實際軌跡在時刻的位姿，得到位姿控制函數(shù)為：

式中：為機器人的作動器需要完成控制的權重系數(shù)；S為心參考的加速度；A為機器人的糾偏誤差。

采用比例-積分控制進行軌跡糾偏控制，得到優(yōu)化控制律為：

綜上分析，設計比例-積分控制器，通過連桿負載驅動性設計方法建立機器人的彈性連桿連續(xù)操作模型，可實現(xiàn)控制系統(tǒng)優(yōu)化。

3 實驗測試

為測試本文方法在實現(xiàn)彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制的可靠性能，采用MATLAB進行仿真測試，通過物聯(lián)網(wǎng)底層數(shù)據(jù)的在線編譯方法，實現(xiàn)機器人控制指令寫入，采用USB總線構建人機交互輸出串行接口。仿真參數(shù)設定見表1所列。

表1 系統(tǒng)參數(shù)設定

根據(jù)仿真環(huán)境和參數(shù)設定，構建彈性連桿機構并聯(lián)機器人的運動規(guī)劃模型，得到傳感參數(shù)序列如圖3所示。

圖3 傳感參數(shù)序列

以圖3的傳感位姿參數(shù)為控制對象模型，得到控制收斂曲線如圖4所示。

圖4 控制收斂曲線

分析圖4得知，采用本文方法進行彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制的收斂性較好，控制誤差得到了有效抑制，且控制穩(wěn)定性和魯棒性較高。

4 結 語

構建彈性連桿機構并聯(lián)機器人末端姿態(tài)偏移規(guī)劃模型，計算控制機器人末端執(zhí)行器沿笛卡兒空間偏移規(guī)劃參數(shù)，結合傳感設備分布式部署，構建彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的信息采集模型，通過傳感分布融合設計，實現(xiàn)對彈性連桿機構并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)設計。測試得知，本文方法對機器人控制的穩(wěn)定性較好，魯棒性較高。