[发明专利]一种吸盘式墙面作业机器人四轴同步控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别地涉及一种吸盘式墙面作业机器人四轴同步控制系统及控制方法。

背景技术

随着我国现代城市化进程的加快，城市高层酒店、高层住宅、机关及企事业单位办公大厦等高层建筑物的增加和普及，此类建筑物涉及到外墙清洗、广告安装、火警救援、安全求助等事件越来越多，并且越来越难以操作和实施。采用机器人代替人工进行这些极其危险的高空作业，把人从恶劣的环境和繁重的劳动中解脱出来。但目前国内外尚无能够攀沿一般墙面的机器人替代人工实施上述相关工作。

同步控制性能是机器人的一个关键技术指标，关系到机器人动作的协调和一致性。同步控制一般分为机械方式和电气方式，机械方式通过电机带动机械主轴运动，其他从轴通过变速箱等齿轮机构连接机械主轴保持同步运动，该方式机械结构复杂，体积庞大，且易磨损和老化等；电气方式通过电机连接每个单独的传动轴，各个电机之间是相互独立安装，也称为无轴传动方式，该方式具有简化机械结构，减少机械噪音，控制精度高、维护方便等特点，目前一般采用主从速度同步控制，首先给定主电机设定期望速度，其他电机跟随主电机进行运动，该同步控制方法属于串行方式，主电机和其他从电机之间的运动存在时间滞后，系统的同步误差大，抗干扰能力差。

因此，提供一种同步性好，运行速度和运行精度高的吸盘式墙面作业机器人四轴同步控制系统是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸盘式墙面作业机器人四轴同步控制系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种吸盘式墙面作业机器人四轴同步控制系统，包括吸盘组、电机组、摆杆组和气动系统，上述吸盘组包括主吸盘、第一从吸盘、第二从吸盘、第三从吸盘和第四从吸盘，第一从吸盘、第二从吸盘、第三从吸盘和第四从吸盘位于主吸盘的四周；电机组包括第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，摆杆组包括第一摆杆、第二摆杆、第三摆杆和第四摆杆，第一电机通过第一摆杆与第一从吸盘驱动连接，第二电机通过第二摆杆与第二从吸盘驱动连接，第三电机通过第三摆杆与第三从吸盘驱动连接，第四电机通过第四摆杆与第四从吸盘驱动连接；主吸盘、第一从吸盘、第二从吸盘、第三从吸盘和第四从吸盘均与气动系统动力连接。

优选地，还包括控制器、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器，第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器均与控制器通讯连接，第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器分别与第一电机、第二电机、第三电机、第四电机通讯连接。

优选地，控制器与第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器通过EtherCAT总线通讯连接。

本发明还提供一种吸盘式墙面作业机器人四轴同步控制方法，包括以下步骤：

S1：建立电机的运动方程；

S2：定义跟踪误差e_i(t)、同步误差ε₁(t)和耦合误差

S3：定义控制量u_i(t)；

S4：设计控制转矩M_i。

优选地，在步骤S1中，建立电机的运动方程具体方式为：

定义电机的运动方程如下