一種吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同步控制系統(tǒng)及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器人技術領域，特別地涉及一種吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同步控 制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國現代城市化進程的加快，城市高層酒店、高層住宅、機關及企事業(yè)單位辦 公大廈等高層建筑物的增加和普及，此類建筑物涉及到外墻清洗、廣告安裝、火警救援、安 全求助等事件越來越多，并且越來越難以操作和實施。采用機器人代替人工進行這些極其 危險的高空作業(yè)，把人從惡劣的環(huán)境和繁重的勞動中解脫出來。但目前國內外尚無能夠攀 沿一般墻面的機器人替代人工實施上述相關工作。
[0003] 同步控制性能是機器人的一個關鍵技術指標，關系到機器人動作的協(xié)調和一致 性。同步控制一般分為機械方式和電氣方式，機械方式通過電機帶動機械主軸運動，其他從 軸通過變速箱等齒輪機構連接機械主軸保持同步運動，該方式機械結構復雜，體積龐大，且 易磨損和老化等；電氣方式通過電機連接每個單獨的傳動軸，各個電機之間是相互獨立安 裝，也稱為無軸傳動方式，該方式具有簡化機械結構，減少機械噪音，控制精度高、維護方便 等特點，目前一般采用主從速度同步控制，首先給定主電機設定期望速度，其他電機跟隨主 電機進行運動，該同步控制方法屬于串行方式，主電機和其他從電機之間的運動存在時間 滯后，系統(tǒng)的同步誤差大，抗干擾能力差。
[0004] 因此，提供一種同步性好，運行速度和運行精度高的吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸 同步控制系統(tǒng)是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同步控制系統(tǒng)。
[0006] 為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同步控制系統(tǒng)， 包括吸盤組、電機組、擺桿組和氣動系統(tǒng)，上述吸盤組包括主吸盤、第一從吸盤、第二從吸 盤、第三從吸盤和第四從吸盤，第一從吸盤、第二從吸盤、第三從吸盤和第四從吸盤位于主 吸盤的四周；電機組包括第一電機、第二電機、第三電機和第四電機，擺桿組包括第一擺桿、 第二擺桿、第三擺桿和第四擺桿，第一電機通過第一擺桿與第一從吸盤驅動連接，第二電機 通過第二擺桿與第二從吸盤驅動連接，第三電機通過第三擺桿與第三從吸盤驅動連接，第 四電機通過第四擺桿與第四從吸盤驅動連接；主吸盤、第一從吸盤、第二從吸盤、第三從吸 盤和第四從吸盤均與氣動系統(tǒng)動力連接。
[0007] 優(yōu)選地，還包括控制器、第一驅動器、第二驅動器、第三驅動器和第四驅動器，第一 驅動器、第二驅動器、第三驅動器和第四驅動器均與控制器通訊連接，第一驅動器、第二驅 動器、第三驅動器、第四驅動器分別與第一電機、第二電機、第三電機、第四電機通訊連接。
[0008] 優(yōu)選地，控制器與第一驅動器、第二驅動器、第三驅動器、第四驅動器通過 EtherCAT總線通訊連接。
[0009] 本發(fā)明還提供一種吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同步控制方法，包括以下步驟：
[0010] Sl :建立電機的運動方程；
[0011] S2:定義跟蹤誤差ei(t)、同步誤差εια)和耦合誤差<(〇;
[0012] S3 :定義控制量U1⑴；
[0013] S4 :設計控制轉矩M1。
[0014] 優(yōu)選地，在步驟Sl中，建立電機的運動方程具體方式為：
[0015] 定義電機的運動方程如下
[0017] 式中S1 (t)表示第i軸的實際位置，上和C i分別表示轉動慣量和非線性特性，F 1表 示外部干擾，11表示輸入轉矩；
[0018] 定義同步函數s2, s3, S4)如下
[0025] 優(yōu)選地，在步驟S2中，定義跟蹤誤差&(〇、同步誤差￡l(t)和耦合誤差<(?)的具 體方式為：
[0026] 由⑷定義第i軸的位置跟蹤誤差為
[0030] 由式（5)和（6)定義四軸的耦合誤差<(〇,它包含位置跟蹤誤差ei(t)和位置同 步誤差ε i(t)
[0032] 式中α是一個正系數。
[0033] 優(yōu)選地，在步驟S3中，定義控制量U1 (t)為
[0035] 式中β是一個正系數。
[0036] 優(yōu)選地，在步驟S4中，設計控制轉矩M1的具體方式為：
[0037] 從式（8) U1⑴的定義中得到Ii1⑴
[0039] 設計轉矩M1使得h i⑴位于滑模面上，則<(〇和<(〇將趨于零，那么ε i⑴也將 趨于零，達到四軸位置同步控制的目的；
[0040] 已知電機參數.L和C ,_，設計轉矩M,為
[0042] 式中1和k s為正系數。
[0043] 與現有技術相比，本發(fā)明所提供的吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同步控制系統(tǒng)及控 制方法中，通過設計控制轉矩使得跟蹤誤差和同步誤差趨于零，簡化四軸之間的控制關系， 降低四軸之間的控制難度，具有同步性好，穩(wěn)定性好和抗干擾性強等特點，同步精度能夠提 高30%以上，同步運行速度能夠提高20%以上。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明所公開的吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同步控制系統(tǒng)的一種實施例 的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0045] 本發(fā)明的目的是提供一種能吸附在粗糙鉛垂面的吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同 步控制系統(tǒng)。
[0046] 為了使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖對本發(fā)明進 行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本發(fā)明的保護范圍有任何的限制 作用。
[0047] 請參考圖1，在一種實施例中，本發(fā)明所提供的一種吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同 步控制系統(tǒng)，包括吸盤組、電機組、擺桿組和氣動系統(tǒng)，上述吸盤組包括主吸盤5、第一從吸 盤1、第二從吸盤2、第三從吸盤3和第四從吸盤4,第一從吸盤1、第二從吸盤2、第三從吸 盤3和第四從吸盤4位于主吸盤5的四周；電機組包括第一電機6、第二電機7、第三電機 8和第四電機9,擺桿組包括第一擺桿10、第二擺桿11、第三擺桿12和第四擺桿13,第一電 機6通過第一擺桿10與第一從吸盤1驅動連接，第二電機7通過第二擺桿11與第二從吸 盤2驅動連接，第三電機8通過第三擺桿12與第三從吸盤3驅動連接，第四電機9通過第 四擺桿13與第四從吸盤4驅動連接；主吸盤5、第一從吸盤1、第二從吸盤2、第三從吸盤3 和第四從吸盤4均與氣動系統(tǒng)動力連接；還包括控制器、第一驅動器、第二驅動器、第三驅 動器和第四驅動器，第一驅動器、第二驅動器、第三驅動器和第四驅動器均與控制器通訊連 接，第一驅動器、第二驅動器、第三驅動器、第四驅動器分別與第一電機6、第二電機7、第三 電機8、第四電機9通訊連接；控制器與第一驅動器、第二驅動器、第三驅動器、第四驅動器 通過EtherCAT總線通訊連接。
[0048] 與現有技術相比，上述實施例所描述的吸盤式墻面作業(yè)機器人四軸同步控制系 統(tǒng)，在氣動系統(tǒng)的動力支持下，通過主吸盤5完成旋轉和吸住墻面，通過電機組和擺桿組帶 動第一從吸盤1、第二從吸盤2、第三從吸盤3、第四從吸盤4完成機器人的運動和墻面吸附。 [0049] 為了方便對實施例的方案進行理解，以下對本實施例