現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展讓機器人越來越多的應(yīng)用于各種工業(yè)作業(yè)之中,同時對機器人的控制性能提出了更高的要求。由于機器人系統(tǒng)為一個具有強耦合性和諸多不確定因素的系統(tǒng),因此在機器人控制中存在著很多問題,機器人的軌跡跟蹤控制過程中的誤差問題則是眾多問題中的一個重點。本課題研究在機器人運動控制過程中重力補償在提高機器人軌跡跟蹤精度方面的意義和作用。本課題的研究對象為一個具有六個關(guān)節(jié)的六自由度機械臂,對機器人的運動學(xué)和動力學(xué)模型進行了研究,給出了機器人正、逆運動學(xué)的解析解法,借助多項式插值法生成運行軌跡,驗證了模型的合理性。通過蒙特卡洛法建立機器人的工作空間,分析了機器人動力學(xué)模型中重力、慣性力和科氏力在工作空間中的變化情況以及重力矩對機器人位姿的影響,證明了對機器人進行重力補償?shù)谋匾�。本文設(shè)計了一種基于機器人模型的重力前饋補償PD控制方法,通過在簡單的PD控制器基礎(chǔ)上添加重力矩補償模型,能夠有效解決因為機器人各關(guān)節(jié)連桿重力造成的跟蹤誤差問題。通過相關(guān)仿真表明:基于機器人模型的重力前饋補償PD控制方法在補償模型精準的前提下,能夠有效提高系統(tǒng)軌跡跟蹤的精度。針對補償模型與系統(tǒng)實際模型匹配程度不高時,控制... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

機器人被動重力補償方法

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-添加配重或彈簧缸的方式實現(xiàn)機器人的被動重力補償，如下圖1-1所示。a)彈簧缸補償b)配重與彈簧缸聯(lián)合補償圖1-1機器人被動重力補償方法配重法通過在機器人系統(tǒng)中添加適當?shù)呐渲貋肀ＷC機器人系統(tǒng)各連桿質(zhì)心保持不變，是目前使用最為廣泛的一種被動式重力補償方式。其中，根據(jù)機器人機構(gòu)的不同和配重塊設(shè)置位置和方式的不同，配重法又有直接配重法和間接配重法之分，如圖1-2為機器人直接配重法和間接配重法示意圖。直接配重法將配重直接安裝在運動端，這樣的安裝方式對于機構(gòu)復(fù)雜程度的要求較低。但是，機器人系統(tǒng)中添加的配重塊會改變機器人迭代動力學(xué)模型，尤其是改變系統(tǒng)的慣性參數(shù)，致使系統(tǒng)的動態(tài)性能降低。同時，若為多個連桿同時添加配重塊，則有可能造成各連桿機構(gòu)之間的干涉，復(fù)雜化系統(tǒng)的控制方法。間接配重法通過額外設(shè)計力矩傳遞裝置，為各個關(guān)節(jié)提供重力補償，可以在一定程度上減小因配重塊加入而帶來的系統(tǒng)慣性增大的問題。文獻[21，22]將關(guān)節(jié)電機作為配重部分來平衡機器人重力，這樣的做法有效減小了機器人系統(tǒng)的慣性，提高了系統(tǒng)性能。a)直接配重法示意圖b)間接配重法圖1-2機器人配重法示意圖配重法作為早期領(lǐng)域提出的一種重力補償方式，由于其具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，安裝生產(chǎn)方便等優(yōu)點，時至今日依舊是工業(yè)機器人領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的重力補償

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-6-方式。但是面對今日機器人控制領(lǐng)域?qū)τ诰_性、快速性的全新要求，以及人機協(xié)同、人機交互等新形式的出現(xiàn)，配重法導(dǎo)致的大慣性與這些新需求相悖，因此需要一種新的方式方法來滿足人們的需求。通過彈簧機構(gòu)來補償系統(tǒng)重力的方法是受到20世紀30年代英國設(shè)計師GeorgeCarwardine發(fā)明的Anglepoise臺燈的啟發(fā)，Anglepoise臺燈的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。基于恒張力原理，GeorgeCarwardine通過安裝在燈具末端的彈簧來補償燈支架的重力，使燈支架能夠固定在任意位置。圖1-3Anglepoise臺燈目前應(yīng)用在機器人重力補償方面的彈簧機構(gòu)法有：輔助機構(gòu)法和純彈簧法。其中輔助機構(gòu)法又可分為凸輪機構(gòu)法、齒輪機構(gòu)法和輔助桿件法。Vijay在1991就已經(jīng)提出利用凸輪輪廓的非線性變化來改變彈簧形變量，從而實現(xiàn)重力補償[23-24]。如圖1-4展示了不同形式的凸輪補償方法。由于凸輪所具有的非線性特點，故凸輪法可以實現(xiàn)對重力的非線性補償，但由于凸輪輪廓和彈簧彈性系數(shù)均為固定的，因此凸輪機構(gòu)法能夠平衡的變化負載也是固定的，在機器人系統(tǒng)負載發(fā)生變化時，凸輪補償法不再能夠提供合適的補償力矩。此外，由于凸輪加工昂貴、凸輪結(jié)構(gòu)等因素的制約，該方法沒有在機器人重力補償領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。a)拉伸彈簧式平衡b)壓縮彈簧式平衡c)板簧式平衡圖1-4凸輪機構(gòu)法示意圖齒輪機構(gòu)法通過在齒輪外圈安裝彈簧固定點，通過齒輪旋轉(zhuǎn)時拉扯彈簧發(fā)生形變，利用彈簧形變產(chǎn)生的彈力來進行重力補償[25]，如圖1-5所示為齒輪機構(gòu)單關(guān)節(jié)平衡結(jié)構(gòu)示意圖。但應(yīng)用齒輪機構(gòu)法時需要系統(tǒng)滿足齒輪安裝、嚙合等條件，


本文編號：2909668