(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 202210521032.0 (22)申请日 2022.05.13 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 宋锐　郑玉坤　刘义祥　李贻斌　 田新诚　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 王雪 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 18/00(2006.01) B25J 19/00(2006.01) (54)发明名称 一种多自由度液压机械臂实时控制系统及 方法 (57)摘要 本发明属于机器人控制领域， 提供了一种多 自由度液压机械臂实时控制系统及方法。 该控制 系统包括， 液压机械臂模块、 交互单元和控制单 元， 所述液压机械臂模块包括安装在自由度液压 驱动机械臂本体的每个关节处的编码器， 所述编 码器用于获得每个 关节的实时角度； 所述交互单 元用于实现与控制单元之间的数据传输和交互； 所述控制单元用于根据预设的位姿指令， 基于液 压机械臂模块获取的每个关节的实时角度， 采用 逆解算法得到待跟踪的关节角度， 以此控制液压 机械臂的运动； 所述编码器实时反馈角度， 以使 控制单元基于反馈角度， 采用正解算法得到液压 机械臂的当前位姿状态。 本发明保证了液压机械 臂的运动可靠、 高实时性， 并且便于安装与维护 等。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 114800517 A 2022.07.29 CN 114800517 A 1.一种多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 包括： 液压机械臂模块、 交互 单元和控制单元， 所述液压机械臂模块包括安装在自由度液压驱动机械臂本体的每个关节 处的编码器， 所述编码器用于获得每 个关节的实时角度； 所述交互单元用于实现与控制单 元之间的数据传输和交 互； 所述控制单元用于根据 预设的位姿指令， 基于液压机械臂模块获取的每个关节的实时 角度， 采用逆解算法得到待跟踪的关节角度， 以此控制液压机械臂的运动； 所述编码 器实时 反馈角度， 以使控制单 元基于反馈角度， 采用正 解算法得到液压 机械臂的当前位姿状态。 2.根据权利要求1所述的多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 所述液压机 械臂模块由液压伺服控制系统控制， 所述液压伺服控制系统包括液压散热循环系统和液压 伺服驱动系统， 所述液压伺服驱动系统包括液压 机械臂系统。 3.根据权利要求2所述的多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 所述液压伺 服驱动系统用于根据逆解算法求解期望角度， 根据高增益微分器得到实际角度， 将期望角 度与实际角度的差值作为控制器的输入量， 求解期望的液压伺服阀的位置补偿电压， 根据 位置补偿电压控制液压 机械臂系统运动。 4.根据权利要求3所述的多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 所述控制器 包括高增益微分器、 PID模块和RBF神经网络模块， 所述高增益微分器用于根据编码器获取 的每个关节的实时角度， 得到每 个关节的速度。 5.根据权利要求3所述的多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 所述位置补 偿电压为： u＝up+yj+ εsign(s)+ks， ε>0,k>0 其中， yj是对于RB F神经网络的估计补偿项， εsi gn(s)+ks是鲁棒滑 模项， 其中 是滤波跟踪误差， e＝θd‑θ 是跟踪误差 。 6.根据权利要求5所述的多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 所述RBF神 经网络的估计补偿项yj为： 其中， ω是输出层的权值， h是隐含层的节点个数， n为输出的样本数， y为神经网络的输 出。 7.根据权利要求1所述的多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 所述逆解算 法包括： 在迭代开始时， 采用Levenberg –Marquardt作为起始迭代方法， 在小于残差显示下 降阈值时， 切换为拟牛 顿方法实现算法的二阶快速收敛。 8.根据权利要求1所述的多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 所述采用正 解算法得到液压机械臂的当前位姿状态具体包括： 采用连杆的齐次坐标变换矩阵求解末端 连杆坐标系相对于基坐标系的变换矩阵， 根据末端连杆坐标系相对于基坐标系的变换矩 阵， 得到液压 机械臂的当前位姿状态。 9.根据权利要求1所述的多自由度液压机械臂实时控制系统， 其特征在于， 所述液压机 械臂模块还包括六自由度液压驱动机械臂本体、 电液伺服阀和液压缸， 所述电液伺服阀控权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114800517 A 2制液压缸的液压油流 量推动连 杆运动。 10.一种多自由度液压机械臂实时控制方法， 其特征在于， 采用权利要求1 ‑9任一项所 述的多自由度液压 机械臂实时控制系统， 包括： 确定期望的位姿指令； 采用逆解 算法得到待跟踪关节的实际角度； 根据实际角度结合期望角度控制液压伺服驱动器实现跟踪， 得到位置补偿电压； 用于 控制液压 机械臂； 编码器反馈关节的实时的角度， 采用正 解算法得到液压 机械臂的当前位姿状态。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114800517 A 3