(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210678346.1 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 华南农业大 学 地址 510642 广东省广州市天河区五山路 483号 (72)发明人 王慰祖　黄朝炜　李君　蔡德轩　 欧阳琳　谭显森　吴博欣　申东英　 徐盛全　陈星　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 冯炳辉 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 9/14(2006.01) (54)发明名称 一种基于滚动观测和连续预测的液压机械 臂控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于滚动观测和连续预 测的液压机械臂控制方法， 该方法首先依靠传感 器系统对液压机械臂建模， 拟合出每个液压缸行 程及其对应的机械臂杆件倾角的函数关系， 通过 实时采集液压缸行程数据更新观测数据列表， 列 表滚动填充了采集数据及对未来周期规律的预 测， 通过比较液压缸的目标位移值与观测数据列 表的关系进行快速决策， 最终精 准控制液压缸运 动至目标区间内； 本发明适用于各类液压作为动 力源的机械臂控制系统， 以提高采用普通换向阀 与节流阀回路的液压缸控制精度， 从而提高对于 液压动力机器人的机械臂控制精度， 同时降低了 高精度控制所要求的液压系统元器件成本， 相对 于传统人工观测控制的系统则提高了机械臂的 作业效率。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115157239 A 2022.10.11 CN 115157239 A 1.一种基于滚动观测和连续预测的液压机械臂控制方法， 其特征在于： 该方法首先依 靠传感器系统对液压机械臂进 行快速建模并校核 液压机械臂的转动参数， 拟合出每个液压 缸行程及其对应的机械臂杆件倾角的函数关系， 根据设定的目标机械臂杆件转动角度计算 出液压缸的目标位移 值， 然后采用基于滚动观测与连续预测的方法建立观测数据列 表并对 观测数据列 表进行更新， 通过比较液压缸的目标位移值与观测数据列表的关系进 行快速决 策， 最终精准控制液压缸运动至目标位置 。 2.根据权利要求1所述的一种基于滚动观测和连续预测的液压机械臂控制方法， 其特 征在于， 所述依靠传感器系统对液压机械臂进行快速建模并校核液压机械臂的转动参数， 拟合出每 个液压缸 行程及其对应的机 械臂杆件倾角的函数关系， 包括以下步骤： S1.1、 在液压机械臂的底座以及各个机械臂杆件上安装倾角传感器， 同时在液压机械 臂的每个液压缸处安装拉绳位移传感器； S1.2、 固定机械臂的底座并测量倾角， 同时驱动液压缸后采集各个拉绳位移传感器和 倾角传感器的数据； S1.3、 初步拟合每个液压缸的拉绳位移传感器的数据及其对应机械臂杆件的倾角传感 器的数据之间的函数关系； S1.4、 对机械臂杆件的倾角 传感器数据分离与映射， 进一步拟合每个机械臂杆件净变 化倾斜角度与对应拉绳位移传感器的数值的拟合 函数关系。 3.根据权利要求2所述的一种基于滚动观测和连续预测的液压机械臂控制方法， 其特 征在于， 在步骤S1.2中， 具体执 行以下操作： 固定液压机械臂的底座， 并以安装在底座的倾角传感器测量底座的倾斜角度； 同时， 单 独往复地驱动液压缸， 使液压缸达到行程极限， 从而采集各个液压缸上 的拉绳位移传感器 的数据以及各个机 械臂杆件上的倾角传感器的数据。 4.根据权利要求2所述的一种基于滚动观测和连续预测的液压机械臂控制方法， 其特 征在于， 在步骤S1.4中， 具体执 行以下操作： 根据液压机械臂的运动学关节角度叠加关系与由于底座倾斜所导致的角度叠加， 分离 出每个液压缸的拉绳位移传感器数据与对应机械臂杆件净变化倾斜角度的函数关系， 从而 进一步拟合出输入的每个机械臂杆件净变化倾斜角度与输出对应拉绳位移传感器的数值 的拟合函数关系。 5.根据权利要求1所述的一种基于滚动观测和连续预测的液压机械臂控制方法， 其特 征在于， 所述根据设定的目标机械臂杆件转动角度计算出液压缸 的目标位移值， 然后采用 基于滚动观测与连续预测的方法建立观测数据列 表并对观测数据列 表进行更新， 通过比较 液压缸的目标位移值与观测数据列表的关系进行 快速决策， 包括以下步骤： S2.1、 输入设定的目标机械臂杆件转动角度， 由得到的每个液压缸行程及其对应的机 械臂杆件倾角的拟合 函数关系计算出 液压缸的拉绳位移传感器的目标值； S2.2、 采集实时底座倾角传感器数值， 并根据实时底座倾角传感器数值与参考底座倾 角传感器数值之间的变化对液压缸的拉绳位移传感器的目标值进行 校正； S2.3、 根据采集实时液压缸拉绳位移传感器数值， 对观测数据列表进行滚动更新与连 续预测； S2.4、 通过判断观测数据列表与目标值的关系输出控制信号值， 并判断是否符合预设权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115157239 A 2的退出条件， 若符合则控制液压缸运动至目标位置后结束控制， 若不符合则返回步骤S2.2。 6.根据权利要求5所述的一种基于滚动观测和连续预测的液压机械臂控制方法， 其特 征在于， 在步骤S2.2中， 具体执 行以下操作： 采集实时底座倾角传感器数值， 并比较与参考底座倾角传感器数值的差值绝对值是否 大于预设阈值， 若实时底座倾角传感器数值较参考底座倾角传感器数值的差值绝对值小于 预设阈值则执行下一步， 若实时底座倾角传感器数值较参考底座倾角传感器数值的差值绝 对值大于预设阈值， 则调整机械臂杆件的目标转动角度， 更新参考底座角度， 重新计算液压 缸的拉绳位移传感器的目标值。 7.根据权利要求5所述的一种基于滚动观测和连续预测的液压机械臂控制方法， 其特 征在于， 在步骤S2.3， 具体执 行以下操作： 将采集的拉绳位移传感器数值滚动更新， 在新处理周期中， 新采集的数值放置到数值 第n位， 上一个循环采集的数值由数值第n位后退至数值第n ‑1位， 再上一个循环采集的数值 由数值第n ‑1位后退至数值第n ‑2位， 同理更新至数值第一位， 完成逐步滚动更新观测数据 列表： Datan+1＝Datan+(Datan‑Datan‑1)+(Datan‑1‑Datan‑2)， 其中， Data代 表拉绳位移传感器数值， n代 表数值位置； 将更新的观测数据列表作出连续预测更新， 采用的方法为线性滑动逐差累加， 若采用 逐两段差累加则如上公式所示得出新的预测值， 则数值第n+1位、 数值第n+2位、 数值第n+3 位可化简为如下公式所示： 以此规律连续预测至第2n位， 并且每一个处理周期的预测值都会被重新计算更新， 或 者也可采用逐单段差或者逐多段差或者不同数值位置变不同段差进行累加， 但为保证区间 判断价值， 数值第2n位与第1位的差值不大于液压缸全行程对应拉绳位移传感器数据的1/ 6， 最终得到 完成的观测数据列表。 8.根据权利要求5所述的一种基于滚动观测和连续预测的液压机械臂控制方法， 其特 征在于， 在步骤S2.4， 具体执 行以下操作： 通过判断观测数据列表与目标值的关系输出控制信号值， 当液压缸需要运动的时候， 观测数据列表不断向目标值靠近， 当目标值处于观测数据列表的数值第1位与数值第2n位 之间时追加判断是否目标值位于数值第n位与数值第n+1位之间， 如果符合则说明液压缸已 经达到目标区域， 否则直接进入下一个循环周期； 如果 目标值不是处于观测数据列表的数 值第1位与数值第2n位之间则不追加判断， 直接进入下一个循环周期； 同时， 如果目标值已 经落入后一次观测数据列 表而逐渐远离观测数据列 表时， 此时由于整个数据采集与控制判 断周期过大或者液压缸移动速度过快而错过目标值， 此时需要停止液压缸， 判断其原因在 于液压缸移动速度过快或者整个数据采集与控制判断的处理周期过慢， 需要在判断时添加 补偿阈值， 拓 宽数值第1位与数值第2n 位之间以及数值第n 位与数值第n+1之间的数值宽度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115157239 A 3