本發(fā)明涉及一種新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng)，尤其涉及其輸送機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：
為克服現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送設(shè)備采用懸臂梁機(jī)構(gòu)的缺陷，專利《一種汽車涂裝輸送機(jī)及其用途》(劉辛軍、謝福貴、陳祥，CN201210014948.3)提出了基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng)如圖1所示，以結(jié)合串、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，提高汽車電泳涂裝輸送性能?；炻?lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制方法主要可分為運(yùn)動(dòng)學(xué)控制方法與動(dòng)力學(xué)控制方法。相較于運(yùn)動(dòng)學(xué)控制方法，動(dòng)力學(xué)控制方法由于考慮了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的非線性動(dòng)力學(xué)特性和力耦合特性，因此理論上可實(shí)現(xiàn)更高的控制精度和更好的控制效果。但基于動(dòng)力學(xué)模型的控制方法依賴于被控機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，其控制效果依賴于動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。對(duì)于基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng)，由于含有并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其閉鏈結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)約束通常使其動(dòng)力學(xué)模型較為復(fù)雜，另外，汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)常常存在不可測(cè)外界擾動(dòng)等，因此，建立其精確的動(dòng)力學(xué)模型往往比較困難，其模型誤差不可避免地存在，且直接基于逆動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)控制器的計(jì)算量較大，難以滿足實(shí)時(shí)控制的要求。文獻(xiàn)《基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化切換增益的并聯(lián)機(jī)器人滑模控制》(高國(guó)琴等，第三十一屆中國(guó)控制會(huì)議論文集.2012年7月，第975-980頁)以一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化切換增益的滑?？刂品椒▽?shí)現(xiàn)對(duì)二自由度冗余并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，但該方法本質(zhì)上屬于運(yùn)動(dòng)學(xué)控制方法。本發(fā)明涉及的新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)為一個(gè)具有高度非線性與耦合性的多輸入多輸出系統(tǒng)，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)控制方法難以實(shí)現(xiàn)高性能控制，因而該方法不適用于新型汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)控制方法如比例微分(PD)控制一股不能有效地解決非線性系統(tǒng)模型誤差和外界擾動(dòng)問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)控制具有學(xué)習(xí)與適應(yīng)不確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，能以任意精度逼近任意復(fù)雜的非線性映射以及不需要被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型，且可避免復(fù)雜的逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算等特點(diǎn)，但若以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擔(dān)負(fù)全部的控制器任務(wù)，則對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值的設(shè)置提出了較高的要求，且難于根據(jù)所能測(cè)量的量來調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)，因此實(shí)際也難以獲得較好的控制效果。文獻(xiàn)《基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)控制》(曹海云等，控制工程第14卷增刊，2007年5月，第38-40頁)結(jié)合PID控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的控制。該控制方法與其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法相比，主要的優(yōu)點(diǎn)是，能夠適用于非線性控制系統(tǒng)，并能夠提高系統(tǒng)的收斂速度。但在該方法中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值為隨機(jī)選擇值且采用在線調(diào)整，若初始權(quán)值選擇不當(dāng)，則在線調(diào)整需要較長(zhǎng)時(shí)間，控制起始時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大震蕩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、PD控制與滑模控制相結(jié)合的復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制方法，該控制方法針對(duì)本課題組新研制的混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及汽車電泳涂裝輸送的工藝要求，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前饋控制，實(shí)現(xiàn)混聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆動(dòng)力學(xué)特性，同時(shí)通過PD控制實(shí)現(xiàn)反饋控制，并通過滑?？刂圃鰪?qiáng)系統(tǒng)對(duì)模型誤差和外界干擾的魯棒性。由于具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逆動(dòng)力學(xué)前饋控制，無需PD滑?？刂茡?dān)負(fù)全部的控制任務(wù)，因此其滑?？刂品至繜o需以較大的切換增益保證滑模運(yùn)動(dòng)的存在及其魯棒性，從而可有效抑制滑模控制抖振，避免對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不利影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車電泳涂裝輸送用新型混聯(lián)機(jī)構(gòu)的高性能控制。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用如下步驟：1)采用解析法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解分析，進(jìn)一步求得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和雅克比矩陣；2)采用分布式結(jié)構(gòu)建立機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)；3)以混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)為被控對(duì)象，采用拉格朗日法建立帶有摩擦力及外部干擾項(xiàng)的混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型；4)根據(jù)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求，確定在實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)構(gòu)期望運(yùn)動(dòng)過程中輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的期望運(yùn)動(dòng)軌跡；5)利用絕對(duì)編碼器檢測(cè)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)各支路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由該實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，基于輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，計(jì)算得到該輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)位姿，并進(jìn)一步計(jì)算得到該輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)期望位姿與實(shí)際位姿的偏差；6)設(shè)計(jì)PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制律，據(jù)此計(jì)算出混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量；7)將各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量發(fā)送給各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)期望運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明首次將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)與PD控制及滑模控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)控制，其特點(diǎn)和有益效果是：1)由于采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)混聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆動(dòng)力學(xué)控制，因此可避免復(fù)雜的逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算從而能有效提高動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。2)由于在采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)混聯(lián)機(jī)構(gòu)逆動(dòng)力學(xué)控制的基礎(chǔ)上，增加了PD反饋控制與滑?？刂疲虼丝煽朔陨窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)擔(dān)負(fù)全部控制器任務(wù)存在的缺點(diǎn)，即可克服難以對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值進(jìn)行設(shè)置，且難以根據(jù)可測(cè)量量調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)的缺點(diǎn)。3)由于在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制的基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合了PD滑模控制技術(shù)，因此不僅可增強(qiáng)輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)和模型誤差的魯棒性，而且與單獨(dú)采用PD滑模控制的方法相比，其抖振較小，能夠更好地適用于實(shí)際工程。綜上，本發(fā)明所提出混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制方法，不僅使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能，而且由于具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前饋控制，與單獨(dú)采用PD滑?？刂频姆椒ㄏ啾?，有效解決了滑模控制存在的抖振問題，可避免抖振對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不利影響，使得混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)呈現(xiàn)良好的控制性能。附圖說明以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制方法原理示意圖。圖3是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖。圖4是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)框圖。圖5是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)位姿各分量的軌跡跟蹤曲線圖；其中：圖5a是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)在x方向上的軌跡跟蹤曲線；圖5b是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)在z方向上的軌跡跟蹤曲線；圖5c是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的β軌跡跟蹤曲線。圖6是混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)分別在PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制和PD滑模控制兩種不同控制器作用下的滑?？刂品至壳€圖；其中：圖6a1為PD滑?？刂破髯饔孟碌谝或?qū)動(dòng)器的滑?？刂品至?；圖6a2為PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器作用下第一驅(qū)動(dòng)器的滑?？刂品至浚粓D6b1為PD滑模控制器作用下第二驅(qū)動(dòng)器的滑?？刂品至?；圖6b2為PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器作用下第二驅(qū)動(dòng)器的滑?？刂品至?；圖6c1為PD滑?？刂破髯饔孟碌谌?qū)動(dòng)器的滑模控制分量；圖6c2為PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器作用下第三驅(qū)動(dòng)器的滑?？刂品至?。圖中：1-第一驅(qū)動(dòng)器、2-第一減速器、3-第一導(dǎo)軌、4-第一絲杠、5-第一滑塊、6-第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、7-第一絲杠座，8-第二驅(qū)動(dòng)器、9-第二減速器、10-第二導(dǎo)軌、11-第二絲杠、12-第二滑塊、13-第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、14-第二絲杠座、15-第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、16-第三驅(qū)動(dòng)器、17-主動(dòng)輪、18-傳動(dòng)帶、19-從動(dòng)輪、20-連接桿、21-行走驅(qū)動(dòng)器、22-導(dǎo)向輪、23、24-行走輪、25-底座、26-導(dǎo)軌。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。首先，對(duì)輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求得機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣J；其次，采用拉格朗日法建立帶有摩擦力及干擾項(xiàng)的輸送機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型；然后，根據(jù)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求，確定在實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)構(gòu)期望運(yùn)動(dòng)過程中輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的期望運(yùn)動(dòng)軌跡確qd；然后，利用絕對(duì)編碼器檢測(cè)輸送機(jī)構(gòu)各支路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由該實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，基于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，計(jì)算得到該輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)位姿，并進(jìn)一步計(jì)算得到該輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)期望位姿與實(shí)際位姿的偏差；設(shè)計(jì)PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制律，采用所設(shè)計(jì)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制律計(jì)算得到各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量；將各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量發(fā)送給各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)期望運(yùn)動(dòng)。具體方法如下：1、對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解分析，進(jìn)一步求解運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和雅克比矩陣選取機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器位姿參數(shù)q作為系統(tǒng)廣義坐標(biāo)，采用解析法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解分析求得其位置逆解方程，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求逆，即可求得輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，對(duì)位置逆解方程進(jìn)行求導(dǎo)即對(duì)應(yīng)速度反解，其反解系數(shù)矩陣即為雅克比矩陣，表示為：式中，是輸出速度向量，為輸入速度向量，J即為雅克比矩陣。2、采用分布式結(jié)構(gòu)建立輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)以UMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器為核心控制單元設(shè)計(jì)輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采取“上位機(jī)+下位機(jī)UMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器”的分布式結(jié)構(gòu)。3、采用拉格朗日法建立機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型拉格朗日函數(shù)L定義為系統(tǒng)的動(dòng)能T和勢(shì)能戶之差，即L＝T-P，其中T和P可以用任何方便的坐標(biāo)系來表示，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，即拉格朗日方程為：整理并建立標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)方程：式中，M(q)為慣性矩陣，由式求得；為哥氏力和離心力項(xiàng)，由式求得；G(q)為重力項(xiàng)，由式求得；Q為廣義驅(qū)動(dòng)力。由于動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性直接影響到基于動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)的輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的控制效果，考慮本發(fā)明輸送機(jī)構(gòu)實(shí)際受摩擦力和外部干擾的影響，因而建立考慮摩擦力及外部干擾的動(dòng)力學(xué)模型，其結(jié)果如下式所示：式(4)中，q為輸送機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器的位姿向量，為q的一階導(dǎo)數(shù)；為q的二階導(dǎo)數(shù)；M(q)為慣性矩陣；為哥氏力和離心力項(xiàng)；G(q)為重力項(xiàng)；J為雅克比矩陣，JT為J的轉(zhuǎn)置；D(t)為外界干擾項(xiàng)(單位為：N)；F(t)為摩擦力項(xiàng)(單位為：N)且有其中：Fc為庫倫摩擦力矩陣，Bc為粘度系數(shù)矩陣，為的符號(hào)函數(shù)；Q為廣義驅(qū)動(dòng)力。4、根據(jù)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求，確定在實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)構(gòu)期望運(yùn)動(dòng)過程中輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的期望運(yùn)動(dòng)軌跡qd根據(jù)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求，確定在實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)構(gòu)期望運(yùn)動(dòng)過程中輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的期望運(yùn)動(dòng)軌跡qd、期望運(yùn)動(dòng)速度期望運(yùn)動(dòng)加速度為qd的一階導(dǎo)數(shù)，為qd的二階導(dǎo)數(shù)。5、利用絕對(duì)編碼器檢測(cè)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)各支路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由該實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，基于輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，計(jì)算得到該輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)位姿，并進(jìn)一步計(jì)算得到該輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)期望位姿與實(shí)際位姿的偏差。以機(jī)構(gòu)各支路所配備的絕對(duì)編碼器檢測(cè)各驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度，按照絲杠手冊(cè)折合成輸送機(jī)構(gòu)絲杠的實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離，根據(jù)絲杠的實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離運(yùn)用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，計(jì)算得到該輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)位姿q，并進(jìn)一步計(jì)算得到該輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)期望位姿與實(shí)際位姿的偏差6、設(shè)計(jì)結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、PD控制及滑?？刂频膹?fù)合動(dòng)力學(xué)控制律，據(jù)此計(jì)算出混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量。令式(5)中，為輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的位姿誤差；為的一階導(dǎo)數(shù)。如圖2所示，設(shè)計(jì)該P(yáng)D滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制律如式(6)所示：式(6)中：是PD反饋控制項(xiàng)。式中，ε為可調(diào)正常數(shù)，Kp、Kd均為對(duì)稱正定矩陣。是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制項(xiàng)，它實(shí)現(xiàn)如下的逆動(dòng)力學(xué)特性：該控制項(xiàng)是由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的前饋控制。τsm＝εmsgn(S)是滑?？刂品至?。其中：εm取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合誤差的上界值。S為滑模面函數(shù)，且有式中：A＝diag(a1，a2…an)，且A可逆，a1，a2…an均為可調(diào)參數(shù)并滿足霍爾伍茲條件。sgn(S)為S的符號(hào)函數(shù)。將廣義力轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力，需要做如下變換：Q＝JTτ(13)將式(6)代入式(13)可得輸送機(jī)構(gòu)各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量為：7、將各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量發(fā)送給各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)期望運(yùn)動(dòng)。由步驟6所確定的各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量，見式(14)，經(jīng)控制系統(tǒng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，成為電壓模擬量。該模擬量作為驅(qū)動(dòng)指令發(fā)送給各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(伺服放大器)，控制各支路電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)各主動(dòng)關(guān)節(jié)，從而驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)完成期望運(yùn)動(dòng)。以下提供本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例：實(shí)施例圖1機(jī)構(gòu)為一種混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括行走機(jī)構(gòu)和升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)兩個(gè)功能部分。其中，行走機(jī)構(gòu)通過行走驅(qū)動(dòng)器21、導(dǎo)向輪22、行走輪23、行走輪24與導(dǎo)軌26配合實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)構(gòu)的行走運(yùn)輸功能。升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)架是行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部分，所述升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由兩組相同的平面多桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成。而所述的平面多桿機(jī)構(gòu)又包括三個(gè)分支，其中第一分支包括：第一驅(qū)動(dòng)器1、第一減速器2、第一導(dǎo)軌3、第一絲杠4、第一螺母5、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副6和第一絲杠座7；第一驅(qū)動(dòng)器1固裝于第一減速器2上，第一導(dǎo)軌3、第一絲杠座7與第一減速器2之間相互固定，第一絲杠4的一端由第一驅(qū)動(dòng)器1經(jīng)第一減速器2驅(qū)動(dòng)，同時(shí)第一絲杠4的另一端支撐于第一絲杠座7上，第一螺母5通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副6安裝在行走機(jī)構(gòu)的底座25上，第一螺母5與第一絲杠4構(gòu)成螺旋副，同時(shí)第一螺母5與第一導(dǎo)軌3構(gòu)成平移副；第二分支包括：第二驅(qū)動(dòng)器8、第二減速器9、第二導(dǎo)軌10、第二絲杠11、第二螺母12、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副13和第二絲杠座14；第二驅(qū)動(dòng)器8固裝于第二減速器9上，第二導(dǎo)軌10、第二絲杠座11與第二減速器9之間相互固定，第二絲杠11的一端由第二驅(qū)動(dòng)器8經(jīng)第二減速器9驅(qū)動(dòng)，同時(shí)第二絲杠11的另一端支撐于第二絲杠座14上，第二螺母12通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副13安裝在行走機(jī)構(gòu)的底座25上，第二螺母12與第二絲杠11構(gòu)成螺旋副，同時(shí)第二螺母12與第二導(dǎo)軌構(gòu)成平移副；上述第一、二分支通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副15相連。第三分支包括：第三驅(qū)動(dòng)器16、主動(dòng)輪17、傳動(dòng)帶18、從動(dòng)輪19；第三驅(qū)動(dòng)器16固定安裝在第二減速器9上，主動(dòng)輪17通過轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在第二減速器9上，從動(dòng)輪19通過轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在第二絲杠座14上，由第三驅(qū)動(dòng)器16所驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)輪17通過傳動(dòng)帶18帶動(dòng)從動(dòng)輪19轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的兩組平面多桿機(jī)構(gòu)通過中間連接桿20相連，汽車車身通過固定架固定在中間連接桿20上。結(jié)合圖1公開的內(nèi)容，本發(fā)明控制方法著力于以一種新型復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制技術(shù)解決混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的高性能控制問題。該控制方法的具體實(shí)施方式如下：1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解分析及求解雅克比矩陣由于該混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)為對(duì)稱機(jī)構(gòu)，因而可對(duì)該機(jī)構(gòu)的單邊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。在圖3中，采用桿長(zhǎng)長(zhǎng)度約束方程，建立該混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，整理可得其運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方程為：式中，x、z、β分別為圖1中連接桿20在靜坐標(biāo)系下的x、z軸的位移(單位為：m)及繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度(單位為：rad)；φ為圖1中半徑為R的主動(dòng)輪17逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角度(單位為：rad)，l1、l2分別為圖1中滑塊5、12到轉(zhuǎn)動(dòng)副15之間的位移(單位為：m)，l4為圖1中絲杠4的長(zhǎng)度(單位為：m)，l8為圖1中絲杠4、11兩固定位置之間距離(單位為：m)。對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解式(15)求逆，即可求得輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解。采用基于符號(hào)運(yùn)算的微分變換法求解該機(jī)構(gòu)的雅各比矩陣，即式(15)兩端分別對(duì)時(shí)間求導(dǎo)并整理可得：式(16)簡(jiǎn)記為式中[J]3×3即為混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣。2、采用分布式結(jié)構(gòu)建立輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)采用“上位機(jī)IPC+下位機(jī)UMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器”的分布式結(jié)構(gòu)建立該混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，該控制系統(tǒng)以UAMC多軸運(yùn)動(dòng)控制器為核心控制單元，UMAC的CPU板TURBOPAMC2CPU模塊通過以Ethernet太網(wǎng)網(wǎng)口協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)IPC的人機(jī)交互界面通訊，UMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器軸通道擴(kuò)展卡ACC-24E2A與底層伺服驅(qū)動(dòng)器通過差分形式進(jìn)行通訊；UMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器的ACC65E接口一方面負(fù)責(zé)連接報(bào)警、伺服啟動(dòng)、停止、急停信號(hào)，另一方面向新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)發(fā)送限位開關(guān)信號(hào)；該控制系統(tǒng)采用絕對(duì)位置檢測(cè)系統(tǒng)以解決機(jī)械冗余帶來的增量系統(tǒng)無法標(biāo)記機(jī)械靈位的控制難題，上位機(jī)通過RS232/RS422轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)與伺服驅(qū)動(dòng)器的串口通訊來讀取絕對(duì)位置信息。3、采用拉格朗日法推導(dǎo)出基于任務(wù)空間的混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)能包括車體動(dòng)能P動(dòng)、支鏈動(dòng)能P支、動(dòng)平臺(tái)支架動(dòng)能P動(dòng)支、滑塊動(dòng)能P滑、主動(dòng)輪動(dòng)能P主以及從動(dòng)輪動(dòng)能P從。即系統(tǒng)動(dòng)能P為：P＝P動(dòng)+P支+P動(dòng)支+P滑+P主+P從(17)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的勢(shì)能包括車體勢(shì)能T動(dòng)、支鏈勢(shì)能T支、動(dòng)平臺(tái)支架勢(shì)能T動(dòng)支、滑塊勢(shì)能T滑、主動(dòng)輪動(dòng)能T主以及從動(dòng)輪動(dòng)能T從。即系統(tǒng)勢(shì)能T為：T＝T動(dòng)+T支+T動(dòng)支+T滑+T主+T從(18)將式(17)和式(18)代入式(4)中，整理可得混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程為：可得最終結(jié)果為：根據(jù)機(jī)構(gòu)尺寸可得式中各參數(shù)為：l4＝l5＝1.3(m)，l3＝1(m)，l6＝l7＝0.65(m)，a＝2θ＝120°，mp＝17(kg)，m0＝2(kg)，R＝0.03(m)，m從＝0.25(kg)，m主＝0.5(kg)，a＝0.65(m)，b＝0.56(m)，c＝1.125(m)。式(19)中，q為混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的位姿向量且有q＝(x，z，β)T，其中x為連接桿中點(diǎn)在x方向上的位移(單位為：m)，z為連接桿中點(diǎn)在z方向上的位移(單位為：m)，β為連接桿中點(diǎn)繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度(單位為：rad)；為q的一階導(dǎo)數(shù)；為q的二階導(dǎo)數(shù)；M(q)為慣性矩陣；為哥氏力和離心力項(xiàng)；G(q)為重力項(xiàng)；J為雅克比矩陣，JT為J的轉(zhuǎn)置；F(t)為摩擦力項(xiàng)且有其中：Fc為庫倫摩擦力矩陣，Bc為粘度系數(shù)矩陣且可設(shè)置為有界函數(shù)D(t)＝0.04cos(3t)，為的符號(hào)函數(shù)；Q為廣義驅(qū)動(dòng)力。4、確定混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的期望運(yùn)動(dòng)軌跡qd根據(jù)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)入槽、槽中小幅正弦運(yùn)動(dòng)、再翻轉(zhuǎn)出槽的運(yùn)動(dòng)要求，確定該機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的期望運(yùn)動(dòng)軌跡qd如下所示：5、構(gòu)建滑模面設(shè)混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)的期望位姿為qd(qd＝[xd，zd，βd]T)，并以系統(tǒng)的位姿誤差速度誤差作為狀態(tài)變量，即：設(shè)計(jì)滑模面為：式中：A＝diag(a1，a2，a3)，且A可逆，a1，a2，a3均為可調(diào)參數(shù)并滿足霍爾伍茲條件。6、PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制器設(shè)計(jì)可證明滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性條件所設(shè)計(jì)的PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制律為：7、以各主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)根據(jù)步驟6，將廣義驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力，整理可得各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制量為：將已確定的控制量式(24)經(jīng)控制系統(tǒng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，成為模擬電壓指令發(fā)送給各支路電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(伺服放大器)，從而驅(qū)動(dòng)升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)完成期望運(yùn)動(dòng)。經(jīng)MATLAB仿真，并與PD滑模控制器的作用進(jìn)行比較，在所設(shè)計(jì)PD滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制器作用下，得到混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)連接桿中點(diǎn)各位姿分量軌跡跟蹤曲線如圖5各子圖中虛線所示，其滑?？刂品至壳€分別如圖6各子圖中虛線所示。圖5和圖6表明，本發(fā)明所提出混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的復(fù)合動(dòng)力學(xué)控制方法，不僅使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能，而且由于具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前饋控制，與單獨(dú)采用PD滑?？刂频姆椒ㄏ啾?，有效解決了滑?？刂拼嬖诘亩墩駟栴}，可避免抖振對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不利影響，使得混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)呈現(xiàn)良好的控制性能。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。