一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車電泳涂裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送 機構(gòu)同步協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 針對一種新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)，見圖1，該機構(gòu)存在多個執(zhí)行機構(gòu)， 各執(zhí)行機構(gòu)間的同步協(xié)調(diào)性直接影響系統(tǒng)的整體性能。
[0003] 文獻(xiàn)《平面二自由度冗余并聯(lián)機器人同步控制》（米建偉等，機械科學(xué)與技 術(shù).2011年2月，第30卷第2期，第279-282+285頁）將交叉耦合控制技術(shù)與ro控制技術(shù) 相結(jié)合得到同步控制方案，并用該方法實現(xiàn)對平面二自由度冗余并聯(lián)機器人的運動控制， 其特點是：采用同步誤差，抑制因取常數(shù)矩陣帶來的模型不確定性對系統(tǒng)的影響，并保證各 個控制關(guān)節(jié)同步。
[0004] 文獻(xiàn)《機器人靈巧手基關(guān)節(jié)交叉耦合同步控制》（蘭天等，機器人。2010年3月， 第32卷第2期，第150-156+165頁）提出了包含同步誤差和位置反饋項及平滑魯棒非線性 反饋補償項的交叉耦合同步控制策略，并將該方案用于DLR/HIT II五指機器人靈巧手手指 基關(guān)節(jié)的運動控制，以實現(xiàn)兩驅(qū)動電機間的同步協(xié)調(diào)運動。
[0005] 但上述相關(guān)控制技術(shù)，都是將交叉耦合控制技術(shù)與傳統(tǒng)ro控制技術(shù)相結(jié)合，它們 均需要系統(tǒng)精確的模型信息且全部狀態(tài)可測，由于新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)是一 個具有強耦合性、非線性動態(tài)和參數(shù)不確定特征的多輸入多輸出系統(tǒng)，其動力學(xué)參數(shù)難以 準(zhǔn)確獲取，如質(zhì)心位置以及隨機構(gòu)運動而變化的慣性力矩等，若采用上述技術(shù)，將難以獲得 較好的控制效果；此外，上述相關(guān)控制技術(shù)所提出的同步誤差都是基于常規(guī)同步誤差定義， 在新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)中，兩組并聯(lián)式升降翻轉(zhuǎn)機構(gòu)間通過連接桿相連，連 接桿上安放車體固定架及車身，若采用傳統(tǒng)常規(guī)同步誤差的設(shè)定方式，將只能考慮兩邊機 構(gòu)中主動關(guān)節(jié)間的同步誤差，連接桿兩端的同步誤差將不可消除。因此上述方法不適用于 本發(fā)明涉及的混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)，或應(yīng)用于該輸送機構(gòu)后難以獲得較好的控制 效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型同步誤差，并在此基 礎(chǔ)上，提出一種基于滑模控制的動力學(xué)同步協(xié)調(diào)控制方法，該方法既考慮了主動關(guān)節(jié)之間 的同步誤差，又考慮了機構(gòu)連接桿兩端的同步誤差，同時將交叉耦合控制技術(shù)與滑?？刂?技術(shù)相結(jié)合，不僅能實現(xiàn)輸送機構(gòu)各主動關(guān)節(jié)間以及兩邊機構(gòu)間的同步控制，提高混聯(lián)式 汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)性，而且能在不需要系統(tǒng)精確模型和系統(tǒng)全部狀態(tài)的情 況下有效解決混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)控制系統(tǒng)存在的不確定性問題。
[0007] 一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟：
[0008] 1)以混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)為被控對象，以被輸送汽車車身為負(fù)載，采用 解析法對輸送機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)逆解，求得機構(gòu)的雅克比矩陣；
[0009] 2)采用拉格朗日法建立輸送機構(gòu)在笛卡爾空間內(nèi)的動力學(xué)模型；
[0010] 3)采用分布式結(jié)構(gòu)建立輸送機構(gòu)同步協(xié)調(diào)控制硬件系統(tǒng)；
[0011] 4)針對混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)升降翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及其運動特點，提 出一種新型同步誤差；
[0012] 5)將新型同步誤差與滑?？刂葡嘟Y(jié)合，設(shè)計一種基于滑?？刂频膭恿W(xué)同步協(xié)調(diào) 控制律；
[0013] 6)通過VC++進(jìn)行軟件編程，實現(xiàn)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟1)中，采用基于符號運算的微分變換法求解升降翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的雅 各比矩陣，得：
[0015]
【主權(quán)項】
1. 一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括如下步 驟： 1) 以混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)為被控對象，以被輸送汽車車身為負(fù)載，采用解析 法對輸送機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)逆解，求得機構(gòu)的雅克比矩陣； 2) 采用拉格朗日法建立輸送機構(gòu)在笛卡爾空間內(nèi)的動力學(xué)模型； 3) 采用分布式結(jié)構(gòu)建立輸送機構(gòu)同步協(xié)調(diào)控制硬件系統(tǒng)； 4) 針對混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)升降翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及其運動特點，提出一 種新型同步誤差； 5) 將新型同步誤差與滑模控制相結(jié)合，設(shè)計一種基于滑?？刂频膭恿W(xué)同步協(xié)調(diào)控制 律； 6) 通過VC++進(jìn)行軟件編程，實現(xiàn)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法，其 特征在于：所述步驟1)中，采用基于符號運算的微分變換法求解升降翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的雅各比矩 陣，得：
式中，J為雅克比矩陣；ζ、β分別為連接桿中點在靜坐標(biāo)系下的z軸位置和繞y軸方 向逆時針轉(zhuǎn)動的角度，單位分別為m、rad 為第一連桿的長度分別為主動輪半徑和 從動輪半徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法， 其特征在于：所述步驟2)中，采用拉格朗日法求得輸送機構(gòu)在笛卡爾空間內(nèi)的動力學(xué)模型 為： M(q)q + C(q, q)q + G{q) +Jr D(t) + Jr F {t) = Q 式中，M(q)為慣性矩陣；C(^rj)為哥氏力和離心力項；G(q)為重力項；D(t)為摩擦力項， 單位為N ;F(t)為外界干擾項，單位為N。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法，其 特征在于：所述步驟3)的輸送機構(gòu)同步協(xié)調(diào)控制硬件系統(tǒng)，以UMC多軸運動控制器為核心 控制單元，UMAC的CPU板TURBO PAMC2CPU模塊通過以太網(wǎng)網(wǎng)口協(xié)議實現(xiàn)與上位機IPC的 人機交互界面通訊，UMAC多軸運動控制器軸通道擴展卡ACC-24E2A與底層伺服驅(qū)動器通過 差分形式進(jìn)行通訊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法，其 特征在于：所述步驟4)中提出一種新型同步誤差為 ：/(/) = 40 + 2￡冰沖 式中，/⑴=是z方向上的同步誤差，單位為m，<(〇是繞y軸逆時針轉(zhuǎn) 動的同步誤差，單位為四(1;人是對角正定耦合參數(shù)矩陣$(〇 = (\(〇,4(〇)1為連接 桿中點的位置誤差，ez(t)為連接桿中點在z方向的位置誤差，單位為m， ep(t)為連接桿中 點繞y軸逆時針轉(zhuǎn)動角度的誤差，單位為rad ; ε (t) = ( ε z(t)，ε J3 (t))TS連接桿兩端的 同步誤差，εζα)是在z方向上的同步誤差，單位為m，δρα)為繞y軸方向逆時針轉(zhuǎn)動的 角度的同步誤差，單位為rad。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法，其 特征在于：所述步驟5)中將新型同步誤差與滑模控制相結(jié)合，首先設(shè)計滑模面為： S = e* Be* [t) 設(shè)計基于滑?？刂频膭恿W(xué)同步協(xié)調(diào)控制律為： r = (Jr)"1 M{q){Be {t) + M(t)+K sgn(S) + q，l(t))+ C(q,q)q{t) + G(q) +Jr(D(t) +F(t)) 通過式（4)確定各主動關(guān)節(jié)所需的驅(qū)動力或驅(qū)動力矩；式中：τ為主動關(guān)節(jié)所需的驅(qū) 動力（單位為Ν)或驅(qū)動力矩（單位為N · m) ;B = diagOv b2)，且B可逆，bp b2均為可調(diào) 參數(shù)并滿足霍爾伍茲穩(wěn)定條件；印)=(之(/Uj5(O)7'為連接桿兩端的速度同步誤差，是在z 方向上的速度同步誤差，單位為m/s，釤(0為繞y軸方向逆時針轉(zhuǎn)動的角度的同步速度誤差， 單位為rad/s ;K = (IiagG^lvki)，ki> 0,常數(shù)矩陣K表示系統(tǒng)的運動點趨近切換面S = 〇的速率；sgn⑶為符號函數(shù)；？= 辦⑴/為連接桿中點的期望加速度，#(〇為z方向 的加速度，單位為m/s2,彳如)為繞y軸逆時針轉(zhuǎn)動角度的加速度，單位為rad/m2; _為連接 桿中點的實際速度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制方法，先以該混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)為被控對象，建立輸送機構(gòu)在笛卡爾空間內(nèi)的動力學(xué)模型，并根據(jù)輸送機構(gòu)的控制要求，采用分布式結(jié)構(gòu)建立輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制硬件系統(tǒng)，再針對該輸送機構(gòu)升降翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及其運動特點，提出一種新型同步誤差，將該新型同步誤差與滑?？刂葡嘟Y(jié)合，進(jìn)一步設(shè)計一種基于滑?？刂频膭恿W(xué)同步協(xié)調(diào)控制律，最后，通過VC++進(jìn)行軟件編程，實現(xiàn)該混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)控制，本發(fā)明不僅能使系統(tǒng)具有較高的跟蹤精度和較快的響應(yīng)速度，而且能實現(xiàn)各關(guān)節(jié)及兩邊機構(gòu)問的同步，從而提高了輸送機構(gòu)的同步協(xié)調(diào)運動控制性能。
【IPC分類】C25D13-22, C25D13-00
【公開號】CN104651909
【申請?zhí)枴緾N201510044715
【發(fā)明人】高國琴, 吳欣桐, 方志明, 牛雪梅
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月28日