[发明专利]工业机械手臂执行端的轨迹控制方法

说明书

本发明提供一种工业机械手臂执行端的轨迹控制方法，该方法包括获取工业机械手臂执行端的机械结构参数，根据机械结构参数确定雅克比矩阵并初始网格化精度ε；根据加工要求确定工业机械手臂执行端的运动轨迹；根据雅克比矩阵计算操作空间k+1时刻的参考位置变量以操作空间k+1时刻的参考位置变量为参数对目标函数进行约束二次优化逼近，求得k+1时刻实际操作空间位置变量X_k+1和k时刻关节空间的输入控制量u_k；工业机械手臂执行端根据k+1时刻实际操作空间位置变量X_k+1和k时刻关节空间的输入控制量u_k进行轨迹运动。

技术领域

本发明涉及工业控制领域，且特别涉及一种工业机械手臂执行端的轨迹控制方法。

背景技术

工业机械手臂在焊接、喷漆、堆垛、装配中应用广泛，已经成为工业生产中必不可少的一种智能化设备。工业机器人是一个十分复杂的多输入多输出非线性系统，具有时变、强耦合和非线性的动力学特征。负载变化、机械扰动等不确定性因素的影响，使其控制更加复杂。工业4.0的快速发展，需要高品质的工业机器人为之服务。针对稳定性与高效性的控制策略成为工业机器人研究的难点。

运动不连续及控制伺服频繁切换动作，皆有可能造成工业机械手臂执行端运动轨迹产生抖动现象，此抖动有可能会引起执行部件的机械磨损与高频动态响应失效。目前多数工业机器人的控制策略是对独立关节进行PID控制，这种控制方法的主要缺点是反馈增益是预先确定的常量，它不能在有效载荷变化的情况下改变反馈增益，机器人关节高速旋转时，其动力学效应十分明显。

发明内容

本发明为了克服现有工业机器人控制策略动力学效应明显，提供一种控制精度高且无抖动的工业机械手臂执行端运动轨迹的控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种工业机械手臂执行端的轨迹控制方法，该方法包括：

步骤S1、获取工业机械手臂执行端的机械结构参数，根据机械结构参数确定雅克比矩阵并初始网格化精度ε；

步骤S2、根据加工要求确定工业机械手臂执行端的运动轨迹，起始点为X^start，终点为X^terminal，其中X＝{x,y,z,ω_x,ω_y,ω_z}为操作空间k时刻的位置变量；

步骤S3、根据雅克比矩阵计算操作空间k+1时刻的参考位置变量

步骤S4、以操作空间k+1时刻的参考位置变量为参数对目标函数进行约束二次优化逼近，求得k+1时刻实际操作空间位置变量X_k+1和k时刻关节空间的输入控制量u_k；

步骤S5、工业机械手臂执行端根据k+1时刻实际操作空间位置变量X_k+1和k时刻关节空间的输入控制量u_k进行轨迹运动；

其中，目标函数为：

约束条件包括：

第一约束条件：

第二约束条件：

第三约束条件：q^min≤q≤q^max；以及

第四约束条件：u^min≤u_k≤u^max；