基于辨识模型的机器人动力学控制技术的研究

发布时间：2023-06-03 08:33

　　随着智能制造业的不断发展,自动化的生产线需要更高的效率和安全,对作为主要执行机构的工业机器人高精度控制提出了更高的要求。传统的基于运动学的位置控制通过运动控制器给定位置到伺服驱动器侧,控制的精度完全取决于伺服驱动器的性能。同时,在人与机器人协同工作的时候,基于位置控制的运动控制器在机器人发生意外碰撞时并不能及时响应,造成机器人的损害甚至危及操作人员的安全。本文以SCARA机器人和六轴机器人为研究对象展开了机器人动力学的研究。以SCARA机器人作为研究对象,通过拉格朗日法建立动力学模型,明确机器人的物理属性与动力学模型之间的关系。针对机器人谐波驱动关节复杂的摩擦非线性现象,提出了改进的非线性摩擦模型以及周期性摩擦模型;针对激励轨迹对参数辨识的重要性,提出改进的遗传算法,设计了五级傅里叶形式的激励轨迹。实验证明所提摩擦模型能更好表征机器人的摩擦力矩,设计的激励轨迹可以充分挖掘模型的“特性”,提高了辨识的精度。以六关节机器人作为研究对象,通过牛顿欧拉法建立动力学模型,确定了串联机器人速度和力矩的传递方式,并通过联合仿真验证了动力学模型的准确性。针对六关节机器人无法直接测量摩擦力矩的问题,提出...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 机器人动力学研究现状
        1.2.1 动力学参数辨识
        1.2.2 碰撞检测技术研究
        1.2.3 基于动力学模型的控制研究
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 SCARA机器人动力学参数辨识
    2.1 引言
    2.2 拉格朗日法建模
        2.2.1 动能与势能计算
        2.2.2 拉格朗日方程推导
        2.2.3 SCARA动力学建模
    2.3 动力学参数辨识
        2.3.1 动力学模型线性化
        2.3.2 激励轨迹设计与优化
        2.3.3 最小二乘参数辨识
    2.4 摩擦建模与改进
        2.4.1 SCARA关节摩擦建模
        2.4.2 周期性摩擦分析
    2.5 本章小结
第三章 六轴机器人动力学参数辨识
    3.1 引言
    3.2 牛顿-欧拉算法
        3.2.1 计算速度和加速度的后向迭代
        3.2.2 计算力和力矩的前向迭代
        3.2.3 六轴机器人动力学建模
    3.3 动力学模型线性化以及最小参数集
        3.3.1 模型线性化
        3.3.2 最小参数集
    3.4 摩擦模型线性化
    3.5 动力学仿真研究
    3.6 本章小结
第四章 机器人碰撞检测算法研究
    4.1 引言
    4.2 碰撞检测算法的原理
    4.3 基于广义动量的观测器
        4.3.1 观测器的定义
        4.3.2 观测器误差
        4.3.3 动力学频域分析
    4.4 观测器的改进与实现
        4.4.1 观测器的改进
        4.4.2 新型观测器的实现
    4.5 观测器的仿真测试
    4.6 本章小结
第五章 基于动力学模型的机器人控制研究
    5.1 引言
    5.2 单关节的动力模型及控制
        5.2.1 电机的动力模型
        5.2.2 电机的控制
    5.3 机器人的多关节控制
        5.3.1 基于模型的控制
        5.3.2 前馈控制
    5.4 基于Simulink的控制仿真研究
    5.5 本章小结
第六章 综合实验
    6.1 SCARA机器人动力学参数辨识
        6.1.1 激励轨迹设计
        6.1.2 采样数据预处理
        6.1.3 参数辨识与力矩预测
    6.2 六关节机器人的动力学参数辨识
    6.3 碰撞检测实验
    6.4 本章小结
第七章 研究结论与展望
    7.1 研究结论
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录 :作者在攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3828995