(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 202211041541.X (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 南京工业大 学 地址 211816 江苏省南京市浦珠南路3 0号 申请人 盐城师范学院 (72)发明人 王仕廉　唐仕喜　高心悦　黄哲　 (74)专利代理 机构 镇江基德专利代理事务所 (普通合伙) 32306 专利代理师 邓月芳 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种电子元器件装配机器人的关节跟随柔 顺控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种电子元器件装配机器人 的关节跟随柔顺控制方法， 关节跟随控制方法包 括： 建立了一种装配机器人机械臂多关节跟随模 型； 改进了El man神经网络， 将 承接层置于隐含层 与输出层之间， 简化连接权值计算过程， 提高计 算能力； 设计了Elman神经网络PID控制器， 提出 了工作信号的前向算法和误差信号的反向算法。 与现有的PID控制器相比， 本发明建立了三关节 装配机器人的机械臂跟随模型， 设计了基于改进 型Elman神经网络对Kp、 Ki、 Kd三个参数的PID控制 器， 并给出控制算法， 有效弥补了PID控制器， 在 误差收敛精度不足以及收敛后不够 平稳的问题， 将关节的角位移量误差、 角速度误差、 角加速度 误差均降至最低， 实现了三关节的稳定跟随。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115256402 A 2022.11.01 CN 115256402 A 1.一种电子元器件 装配机器人的关节 跟随柔顺控制方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 建立装配机器人机械臂多关节跟随模型， 对角加速度以及关节跟随模型进行优化， 得到改进后的角位移量 误差表达式和关节 跟随模型状态空间表达式； S2： 改进Elman神经网络， 将承接层置于隐含层与输出层之间， 简化连接权值计算过程， 设计4‑5‑3三层Elman神经网络结构； S3： 设计Elman神经网络PID控制器， 提出新的工作信号的前向算法和误差信号的反向 算法； S4： 将现有PID控制器与Elman神经网络PID控制器下关节角位移量误差进行对比对本 方法进行验证。 2.根据权利要求1所述的一种电子元器件装配机器人的关节跟随柔顺控制方法， 其特 征在于， S1中对角加速度进行优化， 改进后的角位移量 误差表达式如下： δd＝θi+1‑θi‑ds+λωi+1＝ δd1+λωi+1 上式中， δd为第i+1个关节相对第i个关节的角位移量误差； ωi+1为第i+1个关节的角速 度； λ为关节 跟随时角位移量 误差收敛 所需要的补偿时间。 3.根据权利要求1所述的一种电子元器件装配机器人的关节跟随柔顺控制方法， 其特 征在于， S1中改进后的关节 跟随模型状态空间表达式为： 式中， B＝( λ， 1)T， Γ＝(0， ‑1)T， C＝(0,1)， 分别 为系统矩阵、 控制 矩阵、 干扰 矩阵和输出矩阵； X＝( δd, δω)T为电子元器件 装配机器人关节 跟随控制系统的状态变量； u为控制变量， 即第i+1个关节即跟随关节的角加速度控制变化； ψ为干扰 变量， 即第i个关节即主关节的角加速度控制变化； Y为相对关节的角位移量 误差。 4.根据权利要求1所述的一种电子元器件装配机器人的关节跟随柔顺控制方法， 其特 征在于， 隐含层输入输出表达式如下： 式中Kl为隐含层输出权重； Kr为上一步隐含层输出权重； 为隐含层加权系数； 为隐含层输入； 为隐含层神经元激活函数， 为隐含层上一步 输出。 将隐含层权 重系数算法表达式加入 承接层项， 即为： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115256402 A 2上式中， 为隐含层局部梯度； X(k)为承接层输出， 即为隐含层输入； 为隐含 层权重系数； g ′(x)＝[1‑g2(k)]/2。 5.根据权利要求1所述的一种电子元器件装配机器人的关节跟随柔顺控制方法， 其特 征在于， S3中Elman神经网络PID控制器结构包括输入层、 隐含层以及输出层， 输入层包括四 个输入信号分别为输入量r in、 输出量yout、 偏 差量error和1； 输出层的三个输出信号是PID 控制器的三个参数 Kp、 Ki、 Kd。 6.根据权利要求1所述的一种电子元器件装配机器人的关节跟随柔顺控制方法， 其特 征在于， 输出层输入输出表达式如下： 式中 为输出层加权系数； 为隐含层输出； 为输出层输入； O(3)(k)为 输出层输出； 为输出层神经 元激活函数。 7.根据权利要求1所述的一种电子元器件装配机器人的关节跟随柔顺控制方法， 其特 征在于， 针对误差信号的反向算法， Elman神经网络的权值更新采用梯度下降法， 根据系统 性能指标函数之间与输出层权值系数变化 量的关系， 推导得： 式中， E()为系统性能指标函数； y()为系统性能指标函数的输出量； u()为控制函数。 由输出层输入输出表达式和 增量式PID控制表达式推导得： 式中e()为 误差函数； 综上， 输出层权值系数算法表达式为： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115256402 A 3