【摘要】：近年來,汽車制造業(yè)發(fā)展迅猛,汽車電泳涂裝對輸送系統(tǒng)的要求越來越高。目前貫穿于涂裝生產線全過程的輸送設備,如RoDip輸送機和多功能穿梭機等均為懸臂梁串聯(lián)機構,其柔性化程度不高且承載能力較差�；炻�(lián)機構將串、并聯(lián)機構合理結合,具有高剛度、高承載和動態(tài)特性好的優(yōu)點。為此,本課題組基于混聯(lián)機構研制了一種新型汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機器人�；炻�(lián)機器人系統(tǒng)是一種強非線性、強耦合的多輸入多輸出復雜系統(tǒng),與運動學控制相比,動力學控制考慮混聯(lián)機器人的動力學特性與耦合關系,可獲得更好的控制效果,因此本文研究采用動力學控制方法。但混聯(lián)機器人的動力學模型較為復雜,難以獲得準確的動力學模型,因此存在建模誤差,此外,混聯(lián)機器人在實際控制中存在摩擦力以及外部隨機干擾等諸多不確定性問題,上述不確定性均會對混聯(lián)機器人的控制性能產生不良影響�？紤]到超螺旋滑�？刂撇粌H保持了傳統(tǒng)滑模控制的魯棒性,可以使得滑模變量及其導數(shù)在不確定性影響下同時收斂,且能夠在一定程度上抑制滑�？刂扑鶐淼亩墩駟栴},因此本文研究引入超螺旋二階滑�？刂品椒ㄒ越鉀Q系統(tǒng)的不確定性問題。但超螺旋二階滑模控制方法為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性,需要其切換增益大于系統(tǒng)中不確定性的上界。在實際工程環(huán)境中,由于不確定性上界未知,因此超螺旋二階滑�？刂魄袚Q增益的選取要求應盡可能大,以克服電泳涂裝輸送過程中最惡劣情況下的不確定性。但過大的切換增益會引起滑模控制抖振和執(zhí)行器飽和問題。為解決上述問題,本文引入新型增益自適應律,通過設計一種自適應規(guī)則動態(tài)調節(jié)超螺旋二階滑�？刂破鞯那袚Q增益,使得超螺旋二階滑�？刂破髟诒ＷC系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時可選取較小的切換增益,以進一步削弱滑�？刂贫墩�,避免執(zhí)行器飽和。此外,自適應超螺旋二階滑�？刂破鹘o混聯(lián)機器人系統(tǒng)帶來魯棒性的同時會在一定程度上犧牲其標稱控制性能。為此,本文引入擾動觀測器,進一步提出一種新型自適應魯棒二階滑�？刂品椒�,通過實際系統(tǒng)的輸出與狀態(tài)信息對混聯(lián)機器人系統(tǒng)中的不確定性進行有效觀測,并通過前饋作用主動補償不確定性對混聯(lián)機器人控制性能的不良影響,以提高系統(tǒng)的魯棒性和控制精度。擾動觀測器的突出優(yōu)勢在于其可以與原有控制器分開設計,在不改變原有控制器的基礎上提高汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機器人在存在未知不確定性的復雜情況下的控制性能。本文首先綜述了現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送設備和混聯(lián)機器人的發(fā)展概況,然后從混聯(lián)機器人控制過程中存在的不確定性、運動學分析、動力學建模以及控制方法等方面詳細分析了國內外混聯(lián)機器人相關研究現(xiàn)狀以及存在的問題。接著,針對汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機器人進行運動學分析,建立輸送用混聯(lián)機器人位置逆解方程,求解雅克比矩陣,并根據(jù)汽車電泳涂裝工藝要求和樣機參數(shù),確定輸送用混聯(lián)機器人末端執(zhí)行器的期望運動軌跡。在運動學分析基礎上,采用拉格朗日法建立了輸送用混聯(lián)機器人的動力學模型�；谠摶炻�(lián)機器人動力學模型,為克服建模誤差、摩擦力以及外界干擾等不確定因素對其控制性能的不良影響,本文提出一種自適應超螺旋二階滑�？刂品椒�,同時引入擾動觀測器以估計并補償系統(tǒng)中存在的不確定性,提高系統(tǒng)魯棒性。接著運用Lyapunov穩(wěn)定性定理證明本文所提出控制算法的穩(wěn)定性。在此基礎上,利用MATLAB/Simulink軟件對所提出的控制算法進行仿真,通過與固定增益的超螺旋二階滑�？刂破骱臀唇Y合擾動觀測器的自適應超螺旋二階滑模控制器進行比較,結果表明:在存在建模誤差、摩擦力以及外界干擾等不確定因素情況下,自適應魯棒二階滑�？刂凭哂休^好的跟蹤控制性能,同時能有效削弱滑模抖振。最后,根據(jù)輸送用混聯(lián)機器人的控制要求,采用“上位機+下位機”的分布式控制方式,完成控制系統(tǒng)硬件設計,基于MFC軟件開發(fā)平臺和Pcomm32W.dll動態(tài)鏈接庫開發(fā)上位機應用程序,基于Pewin32Pro2開發(fā)下位機的運動控制程序,完成控制系統(tǒng)軟件設計。最后基于該樣機實驗平臺,對所提出的自適應魯棒二階滑�？刂扑惴ㄅc未結合擾動觀測器的自適應二階滑模控制算法進行實驗對比,分析實驗結果以驗證本文所提出自適應魯棒二階滑�？刂扑惴ǖ挠行耘c優(yōu)越性。
【圖文】：

所需的各道工藝，并將涂裝合格的汽車車身輸送至汽車裝配車間流水線上。汽車電泳涂裝輸送用機器人根據(jù)涂裝工藝要求和工件尺寸與質量的不同，可分為連續(xù)式和間歇式機器人。其中，圖1.1—圖1.4分別為懸掛鏈式輸送機、擺桿式輸送機、全旋反向浸漬輸送機、多功能穿梭機的示意圖。懸掛鏈式輸送機容易造成槽液和車身污染，存在車頂氣包問題[7]；擺桿式輸送機解決了車體和槽液污染問題，但同樣無法徹底消除車頂氣包[8]；全旋反向浸漬輸送機和多功能穿梭機車型適用范圍廣，但技術復雜，設備成本高[9]。此外，現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送設備均采用懸臂結構，其承載能力較差，柔性化水平不高[10]�？紤]到上述因素，在國家自然科學

圖 1.1 普通懸掛鏈式輸送系統(tǒng) 圖 1.2 擺桿式輸送系統(tǒng)Fig.1.1 The suspension conveyor Fig.1.2 The swing-rod conveyor圖 1.3 全旋反向浸漬輸送系統(tǒng) 圖 1.4 多功能穿梭機Fig.1.3 RoDip Fig.1.4 VarioShuttle汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機器人相比傳統(tǒng)的串聯(lián)和并聯(lián)機器人具有一定的優(yōu)勢，然而其相比串并聯(lián)機器人而言也具有更復雜的動態(tài)特性，增加了控制系統(tǒng)設計的難度。同時，
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;U468.2

【參考文獻】

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本文編號：2603463