多轴机器人直接示教控制技术研究

发布时间：2018-02-24 10:44

  本文关键词： 机器人 运动控制器 直接示教 轨迹规划 位置控制　出处：《南京航空航天大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：示教是赋予机器人运动信息的过程,目前工业领域中应用最广泛的仍是示教盒示教,但该示教方式操作繁琐、效率低,尤其是在需要实现复杂运动轨迹的场合。本文在直接力矩控制的方式下,通过对示教过程中机器人关节的重力矩和摩擦力矩进行实时计算并给出力矩补偿,实现了在无需关节力矩传感器条件下的直接示教功能。全文主要内容如下:1)采用直接平衡机器人关节重力矩和摩擦力矩来实现机器人的直接示教,对实现该方法的算法展开研究推导,并设计了一套重力矩和摩擦力矩测量的工程实现方案;为提高机器人操作安全性,提出了一种机器人碰撞检测方案,并通过实验对该方案进行了可行性验证。2)针对机器人运动中的轨迹规划问题展开研究,包括直角坐标空间中的直线和圆弧插补算法,关节空间的线性插补和三次多项式插补,以及为改善机器人末端平稳性而引入的S型升降速控制算法。3)为提高机器人轨迹跟踪精度,开展了位置伺服算法研究。针对机器人运动中负载扰动对位置控制的影响,引入了自抗扰控制器中的扩张状态观测器对系统的总体扰动进行观测补偿,最终形成控制性能较好的PID+速度前馈+扩张状态观测器的位置控制算法,并对其控制效果进行了对比实验验证。
[Abstract]:Teaching demonstration is a process that endows the robot with motion information. At present, the most widely used teaching method in the industrial field is teaching demonstration box, but the teaching method is cumbersome and inefficient. Especially in the case of complex motion trajectory, in the direct torque control mode, the weight and friction torque of robot joints in the teaching process are calculated in real time and the torque compensation is given. The function of direct teaching without joint torque sensor is realized. The main contents of this paper are as follows: 1) the direct balance of joint weight torque and friction moment is adopted to realize the direct teaching of robot. In order to improve the safety of robot operation, a robot collision detection scheme is proposed. The feasibility of the scheme is verified by experiments. 2) the trajectory planning problem in robot motion is studied, including linear and arc interpolation algorithms in rectangular coordinate space, linear interpolation in joint space and cubic polynomial interpolation. In order to improve the trajectory tracking accuracy of the robot, the position servo algorithm is studied. The effect of the load disturbance on the position control is discussed. In this paper, the extended state observer in the ADRC is introduced to compensate the total disturbance of the system. Finally, the position control algorithm of the extended state observer with PID speed feedforward with good control performance is formed. The control effect is verified by contrast experiment.
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：1529945