1kg高速机器人结构设计与轨迹控制

发布时间：2017-08-05 17:12

  本文关键词：1kg高速机器人结构设计与轨迹控制

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【摘要】：工业机器人作为自动化程度很高的机电一体化设备,是先进制造业以及工业自动化的重要组成环节,在社会生产中有着重要的地位。高速和高精度是工业机器人的重要性能指标,研究工业机器人的高速和高精度对发挥其自动化优势有着很大的影响,对机器人的理论和应用研究有着重要的意义。本文从高速和高精度两方面出发,设计了负载为1kg的高速机器人结构,同时设计了满足高速机器人高精度轨迹控制的控制策略。首先,根据作业需求及工作参数对高速机器人的结构进行了设计,包括机器人的腕部、手臂、腰部等结构设计；对高速机器人电机与减速器进行了选型计算,使其工作范围满足设计要求。其次,将机器人的关节柔性简化为线性扭转弹簧,考虑转子的动能和弹簧的弹性势能,采用拉格朗日方程对高速机器人进行了动力学建模；通过对动力学方程的分析,关节柔性使得机器人末端易产生振动,采用Adams对高速机器人进行了分析,表明了关节柔性对高速机器人的末端轨迹精度的影响。最后,给出了高速机器人轨迹控制策略。采用了基于奇异摄动的关节柔性和连杆刚性的高速机器人复合控制策略,将高速机器人系统分为快慢两个独立子系统,利用复合控制原理,分别为两个子系统设计快、慢控制器,加和后作为整个系统的控制输入,从而在两个时间范围内,实现精确轨迹跟踪的同时实现有效的振动抑制。
【关键词】：高速机器人 柔性关节 轨迹控制 奇异摄动 结构设计
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 课题背景及研究意义15-16
• 1.2 业机器人国内外发展概况16-17
• 1.2.1 国外工业机器人发展概况16
• 1.2.2 国内工业机器人发展概况16-17
• 1.3 高速机器人研究现状17-22
• 1.3.1 高速机器人结构研究现状17-20
• 1.3.2 高速机器人动力学研究现状20-21
• 1.3.3 高速机器人轨迹控制研究现状21-22
• 1.4 本文的主要研究内容22-24
• 第二章 高速机器人机械系统设计24-35
• 2.1 机器人结构设计的特点及技术要求24-25
• 2.1.1 机器人结构设计的特点24
• 2.1.2 工业机器人的基本技术要求24-25
• 2.2 高速机器人结构设计25-29
• 2.2.1 腕部结构的设计26-27
• 2.2.2 手臂的结构设计27-28
• 2.2.3 腰部关节结构设计28-29
• 2.2.4 机器人总体效果图29
• 2.3 高速机器人驱动系统设计29-34
• 2.3.1 驱动系统的选型29-30
• 2.3.2 传动系统的选型30-32
• 2.3.3 驱动系统的设计32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 高速机器人动力学建模35-45
• 3.1 高速机器人关节模型简化35-37
• 3.1.1 高速机器人建模的假设条件35-36
• 3.1.2 高速机器人关节模型简化36-37
• 3.2 高速机器人坐标系的建立及坐标系变换37-39
• 3.2.1 高速机器人坐标系的建立37-38
• 3.2.2 高速机器人坐标系变换38-39
• 3.3 高速机器人的动力学方程39-44
• 3.3.1 机器人的速度39-40
• 3.3.2 高速机器人的动能40-41
• 3.3.3 高速机器人的势能41-42
• 3.3.4 高速机器人的动力学方程42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 高速机器人的动力学分析45-53
• 4.1 高速机器人关节仿真模型45-47
• 4.1.1 柔性关节的表示45-46
• 4.1.2 高速机器人的关节仿真模型46-47
• 4.1.3 高速机器人仿真流程47
• 4.2 高速机器人的动力学仿真47-52
• 4.2.1 仿真参数47-48
• 4.2.2 仿真结果与分析48-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 高速机器人的轨迹控制53-66
• 5.1 奇异摄动控制的基本概念53-54
• 5.1.1 奇异摄动问题的定义53
• 5.1.2 非线性系统的奇异摄动模型53-54
• 5.2 高速机器人的奇异摄动模型54-57
• 5.2.1 高速机器人系统的数学模型54-55
• 5.2.2 高速机器人系统的柔性补偿55-56
• 5.2.3 高速机器人的奇异摄动模型56-57
• 5.3 高速机器人系统的控制器设计57-60
• 5.3.1 高速机器人的奇异摄动控制结构57-58
• 5.3.2 慢变子系统的自适应滑模变结构控制系统设计58-60
• 5.4 基于奇异摄动的复合控制仿真研究60-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 工作总结66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况73

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本文编号：625984