工业机器人小线段时间最优速度规划算法

发布时间：2021-09-25 00:39

　　工业机器人在目前的工业生产中发挥了越来越重要的作用。随着技术的逐年进步,对于工业机器人的控制方式及轨迹规划方法的要求也越来越高。但目前大多数控制器没有考虑动力学特性,仅仅是考虑了关节层的运动学约束,这就限制了机器人的精度与性能。本文基于实验室的6轴串联机器人进行了研究,主要研究了机器人的运动学与动力学建模问题,机器人的参数辨识,以及利用辨识所得机器人动力学参数进行机器人的最优速度规划。本文首先对当前国内外工业机器人的发展情况进行了概述。对串联机器人参数辨识,机器人时间最优轨迹规划的研究现状做了分析与总结。然后研究了机器人的运动学与动力学的建模问题,建立了工业机器人的运动学模型,然后使用牛顿-欧拉法建立了机器人的动力学模型。为进行动力学参数辨识将动力学方程整理为线性形式,为后面的参数辨识打下了基础。建立了机器人的动力学模型之后,使用最小参数原理将机器人的全参数转化为最小参数的形式以用于动力学参数辨识。以辨识回归矩阵条件数最小化作为辨识激励轨迹的优化指标,机构无碰撞以及关节运动限制为约束,获取了了最优辨识轨迹。采用计及物理可行性的系统辨识方法,在考虑物理可行的约束前提下将最小二乘问题转换为... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

TOPP-RA算法计算流程示意图[26]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-2整体研究方案量充满机器人的整个运动空间，从而可以充分激励出机器人的动力学参数。在获取了激励轨迹之后需要在实际的工业机器人运行所规划激励轨迹以获取实际的传感器数值，然后对轨迹和电流数据进行处理后使用辨识算法进行辨识。3.基于动力学模型的时间最优速度规划在建立了机器人的动力学模型之后，即可根据机器人本身的运动学约束以及动力学约束进行时间最优速度规划的计算。本文将采用可达性分析法来处理时间最优轨迹规划问题，采用可达性分析的方法来处理时间最优速度规划的好处在于可以将时间复杂度控制在O(Mn),其中M代表规划过程中不等式约束的个数，n代表规划过程中被离散化后轨迹上离散点的数量，根据参考文献中的数据，在一些特定条件下的计算速率可以达到原有数值积分计算方法的10倍左右。本文在基于可达性分析的速度规划基础上，采用了分段时间最优速度规划的方法，使得该方法可以进行实时速度规划，在工业现场的应用场景可以得到拓展。-8-

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的叉积方向作为X轴方向。（3）Zi轴和Xi轴交点为坐标系i的原点;（4）右手定则确定Yi轴,Yi=ZixXi如这个规则所描述的，需要如下图(2-1)建立工业机器人的坐标系关系图2-1机器人DH运动学模型示意图在有了以上的工业机器人刚体动力学模型之后就可以按照标准的动力学建模规则来建立工业机器人标准的MDH模型，其中建模是所使用的具体规则如下：（1）连杆长度ai1：沿着Xi1轴，从Zi1轴到Zi轴的距离；（2）连杆扭角αi1：Zi1到Zi的转角，绕Xi1轴正向转动为正；（3）关节距离di：Xi1到Xi的距离，沿Zi轴正向，始终为正值；（4）关节转角θi:Xi1到Xi的转角，绕Zi轴正向转动为正。2.1.2ER3A机器人运动学模型本文中所研究的ER3AC60型机器人具有6个转动关节的串联型机械臂，每个关节都有对应电机及减速器提供动力。该型号机器人的最大允许负载为3kg。其每个关节由一个固高公司的GTHD-0062AEC2型伺服驱动器进行驱动，所有关节位置指令由控制器进行发送，驱动器和控制器之前采用EtherCAT总线进行连接。由于驱动器和控制器之间采用的是EtherCAT总线进行连接的，这也为后续研究中使用不同的EtherCAT主站控制器进行轨迹规划实验，甚至直接使用控制器的电流环进行控制实验提供了方便。为了标准化的描述机械臂的结构特征，采用上文中通用的Modified-DH法来描述机械臂各个连杆之间的相对位置关系，首先根据MDH的定义规则以及机器人各连杆之间的相对位置关系定义机器人各连杆的参考坐标系。具体各连杆的参考坐标系如图(2-2)中所示。-10-


本文编号：3408746