科创中国

行业领域

制造业

需求背景

机器人作为一个蓬勃发展的研究领域，已经在工业和服务业等产业中有相当广泛的应用场景，比如工业中的喷浆机器人、焊接机器人、车载机械臂等和服务业中客服机器人、康复辅助机器人等。许多机器人控制问题都可以归类为机械臂运动规划控制问题，解决此类问题的关键是得到有效的机械臂运动规划控制模型，使机械臂在某些约束条件下转动关节角达到末端轨迹跟踪理想轨迹的要求。机械臂控制系统通常分为离线控制系统和在线控制系统。对于机械臂离线控制系统，已经存在研究成熟的技术。然而，机械臂在线控制系统具有更广泛的应用场景和更重要的研究价值。机械臂在线控制系统依赖于计算机和机械臂之间可靠的通讯模块，但是在复杂的环境中，数据链路受干扰的现象普遍存在，造成控制信号丢失的情况时有发生。

需解决的主要技术难题

动力控制系统复杂性：

1.计算量巨大：相比于运动学系统，动力学系统的参数更多，因此计算量更大。

2.实时性要求高：动力控制系统直接驱动电机，是整个机器人系统中运动频率最高的部分，因此控制频率要求在1khz-2khz，且计算延迟要求低于0.3ms。

3.控制复杂：由于机械臂作用力受到重力，摩擦力以及高速运动的离心力的影响，因此要对它进行高精度、高速度、高动态品质的控制是相当复杂且困难的。

4.目标复杂：因为不同任务的控制目标不一样，而且即使同一任务也会随着进度的不同而变化。因此，对于如此复杂的动力控制系统，传统的控制方法很难同时达到快速、精确和稳定的统一。

期望实现的主要技术目标

多轴机械臂上分别设置位置传感器和力矩传感器，以便于获得机械臂关节上的运动信息和转矩信息；

1.根据位置传感器所获得的运动信息，运用动力学方程计算出理论转矩；通过理论转矩与所述力矩传感器测量得到的电机转矩。

2.针对所述多轴机械臂，调用预先设置的包含多维向量的矢量控制器，所述矢量控制器包括独立设置的重力补偿控制器、离心力控制器、惯量控制器和摩擦力控制器，以便于基于重力补偿控制器、离心力控制器、惯量控制器、摩擦力控制器以及所述运动信息中包含的机械臂的位置、速度以及加速度值，分别计算重力补偿力矩、离心力力矩、惯量力矩和摩擦力力矩；对重力补偿力矩、离心力力矩、惯量力矩和摩擦力力矩进行加权求和后，得到控制转矩。

3.将所述控制转矩减去所述外力转矩后，得到驱动所述机械臂的驱动电机所需要的驱动转矩。

4.按照预设的更新周期，实时更新机械臂关节上的运动信息和转矩信息。

处理进度