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专利号: 2024119180974
申请人: 嘉兴大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种五轴混联加工装备的运动控制方法,其特征在于,包括:获取五轴混联加工装备的实时状态数据,并进行数据预处理;

构建基于深度学习的运动学模型,计算加工装备各关节的运动轨迹;

使用多目标优化算法规划能耗最优路径;

利用自适应模糊控制算法,根据路径规划结果生成关节驱动信号;

基于干扰观测器实时检测外界扰动并调整控制参数,实现运动控制。

2.如权利要求1所述的五轴混联加工装备的运动控制方法,其特征在于,所述五轴混联加工装备的实时状态数据包括:五轴混联加工装备的各关节的位置信息、速度信息以及外部环境干扰数据;

所述外部环境干扰数据通过传感器阵列采集,包括振动参数、温度参数、湿度参数和外力参数。

3.如权利要求2所述的五轴混联加工装备的运动控制方法,其特征在于,所述数据预处理包括:对五轴混联加工装备的各关节的位置信息和速度信息进行噪声过滤处理,采用卡尔曼滤波算法去除传感器信号中的高频噪声;

对外部环境干扰数据进行异常值检测和剔除,通过设定上下限阈值筛选有效数据;

对有效数据进行归一化处理,将不同类型的数据映射到统一的数值范围,以提高模型计算的一致性;

对缺失数据进行插值补全,采用线性插值方法填充采集过程中产生的空缺数据点。

4.如权利要求3所述的五轴混联加工装备的运动控制方法,其特征在于,所述构建基于深度学习的运动学模型包括:根据五轴混联加工装备的运动学特性,建立正运动学函数 和逆运动学函数,并引入基于多模式分解的运动学模型表达式,表示为:,

其中, 为加工装备关节的角度向量, 为加工装备末端执行器的目标位置信息,为正运动学函数, 为逆运动学函数; 为归一化函数,将输出归一化到统一范围; 为Box‑Cox模式分解函数,用于动态调整非线性特性;是调整非线性特性的参数,用于优化模型在非线性区域的表现; 为多模式分解的子函数,描述第个独立运动模式; 为预测的末端执行器位置; 为归一化的范围界限; 为分解模式的数量;

采用基础损失函数 进行训练,并结合外界干扰数据,优化为动态加权损失函数 :

其中, 为训练数据的总样本数, 为训练数据中第 个样本的目标位置; 为正运动学函数,根据关节角度 计算出的预测位置; , 为运动时间区间的起点和终点;

为测得的末端执行器位置;为外界干扰权重系数,用于动态调整损失函数;

为外界干扰函数,描述 时刻的环境扰动情况;

最终通过训练得到基于深度学习的运动学模型;

所述计算加工装备各关节的运动轨迹包括,根据构建的深度学习模型,以期望末端执行器的目标位置和速度为输入,通过模型预测输出关节角轨迹,计算公式为:,

其中, 为模型输出位置对关节角的梯度, 为期望速度向量, 和 分别为位置误差和速度误差的加权系数, 为优化得到的五轴混联加工装备各关节的运动轨迹。

5.如权利要求4所述的五轴混联加工装备的运动控制方法,其特征在于,所述使用多目标优化算法规划能耗最优路径包括,综合考虑能耗最小化和路径规划精度最大化的多目标优化问题,定义目标函数 为:,

其中, 为五轴混联加工装备在时间 的功率消耗, 为第 个目标点的期望位置, 为第 个目标点的实际位置, 和 分别为能耗和路径精度的权重系数,为目标点的总数量;

根据五轴混联加工装备的运动学特性,设定关节角速度 和加速度 的物理约束:,

其中, 和 分别为关节角速度和加速度的最大值;

采用基于遗传算法与粒子群算法的混合优化方法,通过全局搜索与局部优化规划出能耗最优路径;

根据优化结果输出各关节的时间‑位移曲线和能耗评估值。

6.如权利要求5所述的五轴混联加工装备的运动控制方法,其特征在于,所述生成关节驱动信号包括:根据路径偏差和速度偏差定义输入变量,并设定模糊规则;

对输入变量进行模糊化处理,通过模糊推理生成模糊输出结果;

采用去模糊化方法将模糊输出变量转化为精确的关节驱动信号;

根据实时路径变化自适应调整模糊规则和参数,确保控制精度和响应速度。

7.如权利要求6所述的五轴混联加工装备的运动控制方法,其特征在于,所述实时检测外界扰动并调整控制参数包括:构建干扰观测器模型,基于扰动数据估计对关节运动的干扰力矩;

根据观测结果动态调整控制参数,通过补偿干扰力矩修正关节驱动信号;

在扰动超出设定阈值范围时,触发控制策略优化或报警机制,确保系统稳定性和控制精度。

8.一种五轴混联加工装备的运动控制系统,用于实施如权利要求1至7任一所述的五轴混联加工装备的运动控制方法,其特征在于,包括:数据采集模块,用于获取五轴混联加工装备的实时状态数据,并进行数据预处理;

运动学建模模块,用于构建基于深度学习的运动学模型,计算加工装备各关节的运动轨迹;

路径规划模块,用于使用多目标优化算法规划能耗最优路径;

自适应模糊控制模块,用于利用自适应模糊控制算法,根据路径规划结果生成关节驱动信号;

干扰观测与控制调整模块,基于干扰观测器实时检测外界扰动并调整控制参数,实现运动控制。

9.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的五轴混联加工装备的运动控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的五轴混联加工装备的运动控制方法的步骤。