六轴工业机器人控制器设计与摩擦补偿研究
发布时间：2021-07-20 15:47
针对工业机器人控制器开发和摩擦补偿问题,本文设计开发了六轴串联工业机器人控制器,并针对低速运动时跟踪精度降低的问题,对关节摩擦建模与补偿展开了研究。本文首先介绍了机器人运动学建模基础,通过D-H法建立了六轴串联工业机器人的正运动学模型,研究了机器人逆运动学数值解求解方法,并完成了速度规划和笛卡尔空间轨迹规划。仿真实验验证了运动学求解和轨迹规划方法的正确性。在此基础上,对控制器进行总体设计,介绍了控制器硬件结构,分析了软件总体需求,使用支持跨平台的Qt进行软件开发,提高了软件的可移植性。针对伺服驱动器的高速实时控制,重点研究了 EtherCAT总线通讯技术的实现方法,并分析了影响通讯实时性的原因,修改了网络驱动和操作系统内核。实验结果表明:修改后的操作系统实时性完全满足通讯需求。在实际应用过程中,为降低温度变化导致机器人关节摩擦补偿失效、跟踪精度降低的问题,提出一种考虑温度变化的摩擦模型。通过非线性最小二乘法建立系统参数辨识模型,利用Levenberg—Marquardt法对该模型进行迭代求解,建立了温度影响下的非线性摩擦模型。为验证模型的有效性,引入基于摩擦模型的前馈补偿方法,设计了机...
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２六自由度串联机器人??
＾?０?＝?３ｃ３ｔｊ?＋?２ｃ２ｔｆ?＋?Ｃｊ??假设机器人某关节在Ｉｓ内从２０°运动到４０°，解得到三次多项式的系数??＝?２０、ｑ?＝?０、ｃ２?＝?６０和￡：３?＝?—４０。该条件下三次多项式轨迹如图２．３所示。??从图中可以看出，关节角加速度在启动阶段有一个非常大的突变，关节角速度增??加和减少都特别缓慢，没有匀速段。??多项式规划由于无法直接确定速度和加速度，因此仅在特殊场合应用。实际??应用中，一般会考虑电机运动速度和加速度的限制，很少会以给定起点、终点和??运动时间的方式对轨迹进行规划。更为普遍的做法是给定起点、终点、速度和加??速度，计算出符合该运动条件的轨迹。??１８??
ｌ，０）共六点，机器人末端以直线轨迹依次经过这些点，给定运行速度为ｌｍ／ｓ，??加速时间为２５０ｍｓ，速度规划方式为梯形加减速，中间点采用位置矢量叠加的平??滑过渡方式。规划结果如图２．７，?２．８所示。从图２．８中可以看出，轨迹的速度在??整个运动过程中，均保持匀速运行，说明每个中间点的过渡都非常平稳。??Ｉ?＾?Ｉ．??Ｉ??、、、??丨??０?－１??图２．７空间轨迹平滑规划??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM嵌入式机器人控制系统的研究与设计[J]. 宫小飞,陈富林,冯帅. 机械与电子. 2017(12)
[2]基于EtherCAT总线的工业机器人控制系统设计[J]. 王力宇,曹其新,董忠. 组合机床与自动化加工技术. 2017(10)
[3]基于运动控制卡的桁架机器人控制系统设计[J]. 曹斌,董伯麟,柯振辉. 制造技术与机床. 2017(03)
[4]飞行模拟转台非线性干扰观测器反步滑模控制器设计[J]. 常诚,常雅男,艾飞. 计算机测量与控制. 2016(12)
[5]基于工控机与运动控制卡的机器人运动控制系统[J]. 王文文. 现代职业教育. 2016(35)
[6]机器人用精密减速器传动精度试验方法的研究[J]. 弓宇,周晓菊,徐磊琛,张敬彩,何君. 机械传动. 2016(08)
[7]基于LuGre摩擦模型的鱼雷舵机伺服控制系统自适应反演滑模控制[J]. 张梦,乔晓君,冯殿震. 舰船电子工程. 2016(04)
[8]工业机器人的国内外产业发展现状及相关技术研究[J]. 胡晓芳. 电子测试. 2016(Z1)
[9]基于ARM+FPGA的经济型工业机器人嵌入式控制器设计[J]. 王丽. 电子制作. 2015(04)
[10]六轴工业机器人的参数辨识方法[J]. 蔡锦达,张剑皓,秦绪祥. 控制工程. 2013(05)
硕士论文
[1]电动舵机伺服系统的间隙与摩擦补偿控制[D]. 兰远锋.北京交通大学 2016
[2]基于ARM-Linux的机器人示教器系统的研究与开发[D]. 杨杏.南京航空航天大学 2015
[3]面向多点高速装配应用的六轴工业机器人动力学分析仿真[D]. 江兴旺.浙江大学 2014
[4]嵌入式运动控制器交互系统设计[D]. 金旭.浙江大学 2014
[5]四轴工业机器人嵌入式运动控制器的设计[D]. 刘志伟.哈尔滨工业大学 2012
[6]伺服驱动器工业以太网接口设计[D]. 李文虎.华中科技大学 2011
[7]基于LuGre模型的摩擦力矩补偿研究[D]. 王喜明.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：3293116
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２六自由度串联机器人??
＾?０?＝?３ｃ３ｔｊ?＋?２ｃ２ｔｆ?＋?Ｃｊ??假设机器人某关节在Ｉｓ内从２０°运动到４０°，解得到三次多项式的系数??＝?２０、ｑ?＝?０、ｃ２?＝?６０和￡：３?＝?—４０。该条件下三次多项式轨迹如图２．３所示。??从图中可以看出，关节角加速度在启动阶段有一个非常大的突变，关节角速度增??加和减少都特别缓慢，没有匀速段。??多项式规划由于无法直接确定速度和加速度，因此仅在特殊场合应用。实际??应用中，一般会考虑电机运动速度和加速度的限制，很少会以给定起点、终点和??运动时间的方式对轨迹进行规划。更为普遍的做法是给定起点、终点、速度和加??速度，计算出符合该运动条件的轨迹。??１８??
ｌ，０）共六点，机器人末端以直线轨迹依次经过这些点，给定运行速度为ｌｍ／ｓ，??加速时间为２５０ｍｓ，速度规划方式为梯形加减速，中间点采用位置矢量叠加的平??滑过渡方式。规划结果如图２．７，?２．８所示。从图２．８中可以看出，轨迹的速度在??整个运动过程中，均保持匀速运行，说明每个中间点的过渡都非常平稳。??Ｉ?＾?Ｉ．??Ｉ??、、、??丨??０?－１??图２．７空间轨迹平滑规划??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM嵌入式机器人控制系统的研究与设计[J]. 宫小飞,陈富林,冯帅. 机械与电子. 2017(12)
[2]基于EtherCAT总线的工业机器人控制系统设计[J]. 王力宇,曹其新,董忠. 组合机床与自动化加工技术. 2017(10)
[3]基于运动控制卡的桁架机器人控制系统设计[J]. 曹斌,董伯麟,柯振辉. 制造技术与机床. 2017(03)
[4]飞行模拟转台非线性干扰观测器反步滑模控制器设计[J]. 常诚,常雅男,艾飞. 计算机测量与控制. 2016(12)
[5]基于工控机与运动控制卡的机器人运动控制系统[J]. 王文文. 现代职业教育. 2016(35)
[6]机器人用精密减速器传动精度试验方法的研究[J]. 弓宇,周晓菊,徐磊琛,张敬彩,何君. 机械传动. 2016(08)
[7]基于LuGre摩擦模型的鱼雷舵机伺服控制系统自适应反演滑模控制[J]. 张梦,乔晓君,冯殿震. 舰船电子工程. 2016(04)
[8]工业机器人的国内外产业发展现状及相关技术研究[J]. 胡晓芳. 电子测试. 2016(Z1)
[9]基于ARM+FPGA的经济型工业机器人嵌入式控制器设计[J]. 王丽. 电子制作. 2015(04)
[10]六轴工业机器人的参数辨识方法[J]. 蔡锦达,张剑皓,秦绪祥. 控制工程. 2013(05)
硕士论文
[1]电动舵机伺服系统的间隙与摩擦补偿控制[D]. 兰远锋.北京交通大学 2016
[2]基于ARM-Linux的机器人示教器系统的研究与开发[D]. 杨杏.南京航空航天大学 2015
[3]面向多点高速装配应用的六轴工业机器人动力学分析仿真[D]. 江兴旺.浙江大学 2014
[4]嵌入式运动控制器交互系统设计[D]. 金旭.浙江大学 2014
[5]四轴工业机器人嵌入式运动控制器的设计[D]. 刘志伟.哈尔滨工业大学 2012
[6]伺服驱动器工业以太网接口设计[D]. 李文虎.华中科技大学 2011
[7]基于LuGre模型的摩擦力矩补偿研究[D]. 王喜明.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：3293116
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