摘要：分析空间可变机械臂运行轨迹偏离自动控制，明确自动控制原理，总结有效的运行轨迹偏离控制方法，提高空间可变机械臂运行精度。
关键词：空间可变机械臂；运行轨迹偏离；自动控制
空间可变机械臂处于运行状态下，一些不确定因素会对其造成影响，导致轨迹运行偏离。为了保证机械臂的精准运行，需要对运行轨迹偏离进行自动控制。结合当前空间可变机械臂研究与运行现状，通过多机联合系统进行机械臂运行轨迹偏离的测量，可以优化运行参数，以此为创建函数模型，便可以达到运行轨迹偏离自动控制的目的，下面围绕该问题展开重点分析。
一、空间可变机械臂运行轨迹分析
空间可变机械臂（坐标系如图1所示）属于多功能机械臂的一种，其优势在于成本投入不高、运行周期较长、工作效率高，凭借这些优势在诸多领域得到广泛应用[1]。在实践应用期间空间可变机械臂替换传统人工作业形式，使工业生产的效率得到显著提高。组织工业生产期间机械臂对人体手臂进行模拟实施货物抓取，同时可以在比较复杂的装卸工作中得到运用。除此之外，也可以在人类无法长期停留的高温环境下进行工作，将工业生产过程中的诸多问题予以解决。但是空间可变机械臂运行期间，很容易受到外界一些不确定因素的影响，导致运行轨迹偏离，所以提高控制精度、解决轨迹偏离问题是当前研究的关键[2]。
图1 空间可变机械臂坐标系
针对运行轨迹偏离进行分析，可以确定其本质属于自动化控制领域，在行业内与之相关的研究也比较多。通常会采用自由度机械控制系统，利用多次迭代的形式合理设计机械臂轨迹，从而获得良好的轨迹控制成效。反演滑模控制也是比较常用的方法之一，该方法主要是利用滑模面函数实现机械臂轨迹的控制，还具有在线补偿的功能，有利于规避系统受到的振动影响。以上所述两种方法在精度控制方面有非常理想的效果，但是无法完全消除运行期间形成的偏离误差，还需要结合实践进行优化，研究效果更为理想的运行轨迹偏离自动控制方法。
二、运行轨迹偏离自动控制方法
为了控制空间可变机械臂精度，建议组建轨迹误差测量系统。如果系统识别发现轨迹偏离现象，可以直接传递自动控制信号，由机械臂自行调整运行轨迹，控制偏离误差。针对空间可变机械臂运行轨迹偏离自动控制，提出以下建议：
第一，应用多机联合测量系统。多机联合系统内部包括若干个测量模块，可以用于空间可变机械臂运行轨迹偏离测量，总结运行偏离数据[3]。工作人员要分析测量系统的运行原理，发现多机联合测量系统内部包括主机和从机，其中主机负责的是主导测量，从机则负责配合测量。主机上的测量机械臂主轴和从机根据设定角度轴线实施偏离测量。在组织测量过程中，为了能够保证最佳方位角以及主轴测量结果的准确性，可以将多机交点坐标当做测量参考的依据，避免单机测量过程中颠簸角因素的影响，保证机械臂偏离测量结果精准性，为空间可变机械臂的运行轨迹偏离控制提供数据参考。
将主机、x轴夹角设定为X，测量从机a和y轴夹角为Y，测量从机b和z轴夹角设定为Z，角度转换公式为①、②、③。公式中的式中:a、b代表从机测量的水平角与垂直角，r代表的是主机斜距，k是从机测量得出误差系数，A是主机平距。
在误差惯性定律的基础上，得出测量系统主从机点的坐标，为（x,y,z）。运用多机联合测量系统，工作人员要将空间可变机械臂运行过程中，风力与外力因素加以考虑，以此得到机械臂变幅角度系数，计算公式如下：④。公式中的K是机械臂压力承载系数，，，分别代表基线、主机高度、从机高度三种误差。
组织测量期间为了将机械臂调整到最佳位置，要保证K值为取值下限，如果K小于下限值，代表从机测量误差接近上限。鉴于此，工作人员要优化机械臂运行轨迹的数据，通过多机联合测量系统，高效率的测量机械臂运行轨迹偏离程度，按照测量所得数据进行自动控制，保证机械臂运行精度。
第二，实施运行轨迹偏离自动控制。按照多机联合测量系统运行过程中，识别得出机械臂运行轨迹偏差实施自动控制。在变结构模型PID控制算法的基础上，分别对机械臂运行轨迹重构与变结构模糊自动控制。
（1）机械臂运行轨迹。工作人员需要提前优化运行参数，利用七自由度运动空间重构的方式，针对机械臂轨迹进行重构。如果机械臂控制输入参数中有单点模糊化的现象，分析其原因是机械臂运行期间受到线性干扰。出于对机械地运行轨迹偏离程度的考虑，同时按照参数调节之后运行轨迹相关函公式，可以明确纵向运动参数目标函数以及系统动力学传递函数。将其作为机械臂动力系数、未知非线性函数向量、模糊规则特征值等参数的计算依据，通过未知非线性连续函数，对机械臂抓取运动轨迹进行精准描述，发挥自适应在线调节数据的作用，将可能面临的干扰问题解决。假设p (t)是机械臂抓取不确定上限，得出公式如下：⑤，机械臂运行轨迹控制滑模面公式为：⑥。公式中的是需要调整的伸缩因子，是自适应调控运行轨迹参量。计算之后得出重构七自由度运动空间获取机械臂轨迹的方程如下：⑦。
（2）变结构模糊自动控制。通过机械臂运行轨迹的重构，进行机械臂运行轨迹最佳控制律的计算，是实现自动控制的关键环节。一方面工作人员需要利用多机联合系统进行测量，另一方面则要规避外界因素的影响，以免产生干扰误差。主要表现为轴承与传动机制这两种运动学误差，该误差的存在会改变机械臂姿态角。采用变结构模糊自动控制的方式对偏离误差进行调整，期间还可需要搭建变结构神经网络模型，得出机械臂运行姿态叫控制定常运动数据，对其干扰误差进行调整。获得滑模面，从而完成空间可变机械臂运行轨迹偏离自动控制。
三、结语
综上所述，为了解决空间可变机械臂在运行过程中，产生的轨迹偏离，采用自动控制方法十分必要。一方面需要结合当前空间可变机械臂运行参数，经过优化之后提高机械臂运行精准度，另一方面则要发挥测量技术与系统的作用，实现运行轨迹偏离的自动化测量，得出偏离数据作为自动控制依据，确保空间可变机械臂回归正常位置。
参考文献：
[1]贾庆轩,符颖卓,陈钢,徐文倩.基于状态观测器的空间机械臂关节故障诊断[J/OL].航空学报:1-12.
[2]梁文波.高承载比的可变结构空间桁架机械臂设计[J].科技通报,2019,35(06):122-125+133.
[3]宋东亚.基于单片机的机械臂运行轨迹在线控制系统设计[J].现代电子技术,2018,41(18):174-177.