一種3自由度氣動機械手連續軌跡控制方法技術

一種3自由度氣動機械手連續軌跡控制方法，通過采用合適的控制策略，氣動比例/伺服位置系統完全可以彌補系統剛性差、抗外界干擾性差等弱點，氣動比例/伺服位置控制系統可以實現較好的軌跡跟蹤特性，可以與價格昂貴的電機伺服系統媲美，氣動比例侗服位置控制系統以其結構簡單、驅動功率較大、控制精度較高、性能價格比高等特點，在工業自動化領域具有很好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種機械手，特別是一種3自由度氣動機械手連續軌跡控制方法。
技術介紹
氣動伺服控制技術在50年代末被用于航天領域，當時，英國的Shearer等人首先將其用于航天飛行器及導彈的姿勢和飛行穩定控制系統中。早期的氣動比例侗服系統，大都采用機械控制方式。氣動比例／伺服位置控制系統，由于其剛性差、摩擦力不定等原因，使氣動比例侗服控制系統在控制過程中易出現超調、相位遲后等，特別是在低速運行時出現爬行等現象。隨著微電子技術的飛速發展，微電子技術被引入氣動伺服系統，氣動伺服控制技術，更確切的是電一氣比例侗服控制技術，與機械反饋式控制系統相比，具有較高的控制精度和動態特性。進入90年代，氣動比例侗服技術取得了很大的進展，“點一點”氣動比例/伺服定位技術已被大量用于工業自動化流水線中，盡管如此，氣動比例/伺服連續軌跡控制的研究還很少，更談不上實用，而這對氣動比例侗服技術是至關重要的。
技術實現思路
本專利技術提出了一種3自由度氣動機械手連續軌跡控制方法，通過采用合適的控制策略，氣動比例/伺服位置系統完全可以彌補系統剛性差、抗外界干擾性差等弱點，氣動比例/伺服位置控制系統可以實現較好的軌跡跟蹤特性，可以與價格昂貴的電機伺服系統媲美，氣動比例侗服位置控制系統以其結構簡單、驅動功率較大、控制精度較高、性能價格比高等特點，在工業自動化領域具有很好的應用前景。本專利技術所采用的技術方案是：所述3自由度氣動比例侗服機械手采用直角坐標式結構，機構由支座、z軸模塊、y軸模塊和z軸模塊組成，采用具有標準機械接口和電子接口的集成化模塊，一方面可提高系統的可靠性，另一方面可快速組成機械手系統，降低氣動機械手成本。所述控制系統由計算機通過A/D檢測氣缸兩腔的壓力和氣缸活塞的位移，計算機根據給定信號和反饋信號經過一定的算法，通過D/A輸出信號給電一氣比例伺服閥，實現閉環控制。所述控制系統采用狀態反饋控制。在控制系統中，氣缸運動時，在氣缸的相對運動表面，由于加工及裝配等因素，不同位置的摩擦力不全相同，特別是氣缸摩擦力的靜動摩擦力之差的存在，相當于對系統作用有摩擦力脈沖干擾，對低速運動的不平穩將產生直接影響，影響系統的跟蹤精度，特別在氣缸低速運行時，容易出現低速爬行現象。因此，設計了擾動觀測器對氣缸的外力干擾進行實時跟蹤，并進行前饋補償。所述實時控制器結構中，PBl為擾動觀測器部分，根據氣缸兩腔的壓力信號和活塞的速度信號求取擾動信號的大小；PB2為加速度觀測器部分，根據活塞的位移信號和速度信號求取加速度信號的大小；PB3為速度求取部分，對活塞位移信號一次微分，經過濾波后求取速度信號；PB4為“PI”控制部分，對積分條件進行判斷，并對氣缸的不對稱增益進行處理；PB5為控制閥的非線性處理部分，對閥的死區和流量飽和進行處理。本專利技術的有益效果是：通過采用合適的控制策略，氣動比例/伺服位置系統完全可以彌補系統剛性差、抗外界干擾性差等弱點，氣動比例/伺服位置控制系統可以實現較好的軌跡跟蹤特性，可以與價格昂貴的電機伺服系統媲美，氣動比例侗服位置控制系統以其結構簡單、驅動功率較大、控制精度較高、性能價格比高等特點，在工業自動化領域具有很好的應用前景。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。圖1是本專利技術的機械手結構示意圖。圖2是本專利技術的氣動比例/伺服控制系統示意圖。圖3是本專利技術的實時控制器結構圖。圖1中：1．支座；2．Z軸模塊；3．Y軸模塊；4．X軸模塊。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，3自由度氣動比例侗服機械手采用直角坐標式結構，機構由支座、z軸模塊、y軸模塊和z軸模塊組成，采用具有標準機械接口和電子接口的集成化模塊，一方面可提高系統的可靠性，另一方面可快速組成機械手系統，降低氣動機械手成本。如圖2，控制系統由計算機通過A/D檢測氣缸兩腔的壓力和氣缸活塞的位移，計算機根據給定信號和反饋信號經過一定的算法，通過D/A輸出信號給電一氣比例伺服閥，實現閉環控制。如圖3，控制系統采用狀態反饋控制。在控制系統中，氣缸運動時，在氣缸的相對運動表面，由于加工及裝配等因素，不同位置的摩擦力不全相同，特別是氣缸摩擦力的靜動摩擦力之差的存在，相當于對系統作用有摩擦力脈沖干擾，對低速運動的不平穩將產生直接影響，影響系統的跟蹤精度，特別在氣缸低速運行時，容易出現低速爬行現象。因此，設計了擾動觀測器對氣缸的外力干擾進行實時跟蹤，并進行前饋補償。實時控制器結構中，PBl為擾動觀測器部分，根據氣缸兩腔的壓力信號和活塞的速度信號求取擾動信號的大小；PB2為加速度觀測器部分，根據活塞的位移信號和速度信號求取加速度信號的大小；PB3為速度求取部分，對活塞位移信號一次微分，經過濾波后求取速度信號；PB4為“PI”控制部分，對積分條件進行判斷，并對氣缸的不對稱增益進行處理；PB5為控制閥的非線性處理部分，對閥的死區和流量飽和進行處理。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種3自由度氣動機械手連續軌跡控制方法，其特征是：所述3自由度氣動比例侗服機械手采用直角坐標式結構，機構由支座、z軸模塊、y軸模塊和z軸模塊組成，采用具有標準機械接口和電子接口的集成化模塊，一方面可提高系統的可靠性，另一方面可快速組成機械手系統，降低氣動機械手成本。

【技術特征摘要】
1.一種3自由度氣動機械手連續軌跡控制方法，其特征是：所述3自由度氣動比例侗服機械手采用直角坐標式結構，機構由支座、z軸模塊、y軸模塊和z軸模塊組成，采用具有標準機械接口和電子接口的集成化模塊，一方面可提高系統的可靠性，另一方面可快速組成機械手系統，降低氣動機械手成本。2.根據權利要求1所述的一種3自由度氣動機械手連續軌跡控制方法，其特征是：所述控制系統由計算機通過A/D檢測氣缸兩腔的壓力和氣缸活塞的位移，計算機根據給定信號和反饋信號經過一定的算法，通過D/A輸出信號給電一氣比例伺服閥，實現閉環控制。3.根據權利要求1所述的一種3自由度氣動機械手連續軌跡控制方法，其特征是：所述控制系統采用狀態反饋控...

【專利技術屬性】
技術研發人員：于平，
申請(專利權)人：于平，
類型：發明
國別省市：遼寧;21