本文關鍵詞：Delta并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)設計

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【摘要】：并聯(lián)機器人技術及其相應應用程序開發(fā)的速度越來越快,并具備更為精準的控制精度,更為靈巧的控制策略以及更為強大的信息更新能力。在各種并聯(lián)機器人當中,Delta機器人由于機械系統(tǒng)的設計、性能和技術已相對成熟,因此具備潛在的巨大市場和社會需求。隨著人類社會逐漸步入一個嶄新的工業(yè)時代和基于專業(yè)應用社會和個人服務的時代。未來,Delta并聯(lián)機器人將會因為其精準而高效的作業(yè)能力,為科技進步及社會發(fā)展做出更為巨大的貢獻。本文首先對機器人進行較為系統(tǒng)的闡述和分析,通過對Delta并聯(lián)機器人的運動學方程進行求解,并利用拉格朗日函數(shù)對機器人的動力學數(shù)學模型的構造,從而為之后仿真及實驗過程提供理論依據(jù)。同時,通過MATLAB/SIMULINK軟件平臺,對機器人進行笛卡爾坐標空間內(nèi)動態(tài)模型仿真,記錄并分析機器人各關節(jié)響應曲線及運動軌跡。然后對控制系統(tǒng)進行設計并對其進行仿真。所采用的方法為模型參考自適應控制,并在保持自適應控制的條件下設計出一種自適應魯棒控制系統(tǒng),并基于MATLAB/SIMULINK仿真平臺構建模型參考自適應控制以及自適應魯棒控制的控制系統(tǒng)模型,通過對控制系統(tǒng)進行仿真,分析其各關節(jié)物理量的動態(tài)相應曲線,從而得出自適應魯棒控制系統(tǒng)相較現(xiàn)有的單純自適應控制系統(tǒng)而言,在對非線性不確定性機器人系統(tǒng)的控制方面更為理想。為了驗證自適應魯棒控制系統(tǒng)對在機器人實際運行過程中的控制效果,本文首先搭建了一套運動控制平臺用以進行實驗。實驗平臺主要分為伺服控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構與傳感器三部分,本文在第四章中將對該運動控制平臺進行詳細介紹,通過對伺服控制系統(tǒng)進行調(diào)試及實驗,驗證了伺服控制系統(tǒng)的單軸控制效果。并為其接下來在Delta機器人上的應用做準備。最后,本文將所設計的自適應魯棒控制系統(tǒng)編譯為PMAC封裝語句,導入PMAC,并將第四章中的伺服控制系統(tǒng)應用于Delta并聯(lián)機器人上,通過對機器人進行示教運行,并對其各關節(jié)相關變量的參數(shù)進行采樣,分析其動態(tài)相應曲線,最后對結果進行分析,從而證明了自適應魯棒控制可以達到較為理想的控制效果。
【關鍵詞】：Delta機器人控制系統(tǒng) 自適應魯棒控制 PMAC運動控制卡
【學位授予單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 DELTA并聯(lián)機器人研究背景及意義8-11
• 1.2 并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)研究目的及意義11-12
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點12-13
• 第2章 機器人運動學與動力學分析及仿真13-30
• 2.1 DELTA并聯(lián)機器人結構簡介13-14
• 2.2 機器人運動學方程的表示方法14-19
• 2.2.1 機器人位姿變換方程14
• 2.2.2 機器人連桿變換矩陣及其乘積14-16
• 2.2.3 URR（聯(lián)合-旋轉-旋轉）型機器人運動學分析16-19
• 2.3 DELTA機器人動力學模型的表示方法19-23
• 2.3.1 機器人動力學概況19-20
• 2.3.2 動力學參數(shù)估計法20
• 2.3.3 牛頓—歐拉法與拉格朗日法20-23
• 2.3.3.1 利用牛頓—歐拉法構建動力學方程20-21
• 2.3.3.2 利用拉格朗日函數(shù)構建動力學方程21-22
• 2.3.3.3 關節(jié)空間與操作空間動力學方程22-23
• 2.4 DELTA機器人動態(tài)模型仿真23-29
• 2.4.1 MATLAB仿真平臺簡介23
• 2.4.2 笛卡爾坐標系下的運動23-24
• 2.4.3 關節(jié)空間運動24-29
• 2.5 本章小結29-30
• 第3章 基于SIMULINK的DELTA機器人控制系統(tǒng)研究30-51
• 3.1 自適應控制30-33
• 3.1.1 自適應控制背景30-31
• 3.1.2 自適應控制方法分類31-33
• 3.2 MATLAB/SIMULINK仿真平臺介紹33-34
• 3.3 單關節(jié)模型參考自適應控制設計34-42
• 3.3.1 基于靜摩擦環(huán)節(jié)的數(shù)學模型構建34-36
• 3.3.2 模型參考自適應控制目標36
• 3.3.3 單關節(jié)控制系統(tǒng)構建36-40
• 3.3.3.1 單關節(jié)動態(tài)方程36-38
• 3.3.3.2 控制器設計及系統(tǒng)穩(wěn)定性證明38-40
• 3.3.4 仿真實例40-42
• 3.4 三自由度并聯(lián)機器人自適應魯棒軌跡跟蹤控制42-50
• 3.4.1 機器人自適應魯棒控制研究背景42-43
• 3.4.2 控制系統(tǒng)設計43-47
• 3.4.2.1 動態(tài)方程構建43-44
• 3.4.2.2 控制器設計44-47
• 3.4.3 仿真實例47-50
• 3.5 本章小節(jié)50-51
• 第4章 伺服控制系統(tǒng)開發(fā)與實驗51-80
• 4.1 電機及驅動器51-60
• 4.1.1 電機選型51
• 4.1.2 伺服驅動器簡介51-52
• 4.1.3 伺服系統(tǒng)通信連接52-60
• 4.1.3.1 電機與驅動器饋線連接52-57
• 4.1.3.2 利用ULTRAWARE軟件進行通信57-60
• 4.2 TURBO PMAC簡介60-65
• 4.2.1 TURBO PMAC功能介紹60-65
• 4.2.1.1 關鍵硬件組61-63
• 4.2.1.2 關鍵的軟件組63-65
• 4.2.1.3 用戶程序65
• 4.3 上位機與驅動器通信65-73
• 4.3.1 ACC-24E2S端口定義及饋線連接65-69
• 4.3.2 電機空載試運轉69-71
• 4.3.3 簡單程序實現(xiàn)71-73
• 4.4 反饋系統(tǒng)簡介73-74
• 4.5 直線導軌伺服系統(tǒng)實驗74-79
• 4.5.1 PID參數(shù)整定74-76
• 4.5.2 伺服控制系統(tǒng)運行試驗76-79
• 4.6 本章小結79-80
• 第5章 機器人伺服運動控制系統(tǒng)應用80-93
• 5.1 機器人設計相關參數(shù)及示意圖80-82
• 5.2 運動控制效果分析82-85
• 5.3 程序清單85-92
• 5.3.1 機器人控制應用程序85-86
• 5.3.2 關節(jié)調(diào)速程序86-87
• 5.3.3 在實時位置確定路徑程序87-89
• 5.3.4 編碼器模數(shù)檢測程序89-90
• 5.3.5 存儲起始位置編碼器偏移量程序90-91
• 5.3.6 純位置運動程序91-92
• 5.4 本章小結92-93
• 結論93-94
• 參考文獻94-96
• 研究生在讀期間學術成果96-97
• 致謝97

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