浇铸机器人协调控制研究

发布时间：2017-08-09 23:19

  本文关键词：浇铸机器人协调控制研究

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【摘要】：随着工业机器人技术的迅速发展和技术水平的日新月异,机器人能够胜任的工作越来越多。但是目前在电解铝阳极浇铸领域,工业机器人的应用还比较少,传统阳极浇铸过程中工作环境恶劣,对健康危害较大,产品质量由于完全依赖于人工操作,可靠性不高。研究应用工业机器人进行浇铸,后期可以明显降低产品的单件成本,提高产品合格率和产品性能,因此在电解铝阳极浇铸生产中具有广泛的应用前景。目前工业机器人作业研究多以单个机器人应用为主,然而单个机器人很难完成一些程序复杂的工作。对于电解铝阳极浇铸任务而言,由于实际的负载大、环境复杂,单个机器人难以独立完成浇铸任务。对比单个机器人而言,多机器人系统拥有更好的经济性、鲁棒性、并行性和容错性。因此采用多机器人的协调控制系统比单个机器人优越性更强。研究工作针对阳极浇铸机器人协调控制展开,建立了阳极浇铸机器人动力学和运动学模型,得到了D-H参数表和运动学正、逆解。在建立机械手臂数学模型基础上,研究了机器人各机械臂的稳定性。采用PSO算法和LQR控制方法对手臂稳定性进行了仿真研究,验证了控制的有效性。针对具体阳极浇铸任务,优化了协调系统轨迹规划运行时间。搭建了仿真实验平台,运用三维建模软件进行了阳极浇铸双机器人系统的建模,使用Adams导入模型并添加约束,杆件质量等因素,在Adams和KUKA sim pro软件中进行了实际阳极浇铸过程仿真实验。通过仿真结果分析,验证了本文阳极浇铸机器人协调控制的可行性,为浇铸机器人在实际物理浇铸环境中的应用提供了理论基础。
【关键词】：阳极浇铸机器人 建模 双机协调控制 仿真研究
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 研究现状11-15
• 1.2.1 电解铝阳极浇铸的研究现状11-12
• 1.2.2 阳极浇铸机器人的研究现状12-14
• 1.2.3 浇铸机器人协调运动的研究现状14-15
• 1.3 双机器人控制技术15-16
• 1.3.1 浇铸双机器人协调运动15-16
• 1.3.2 阳极浇铸机器人虚拟样机仿真16
• 1.4 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 浇铸机器人动力学和运动学模型18-32
• 2.1 阳极浇铸机器人基本参数18
• 2.2 浇铸机器人动力学分析18-23
• 2.2.1 浇铸机器人拉格朗日动力学方程19-20
• 2.2.2 阳极浇铸过程分析20-21
• 2.2.3 阳极浇铸机器人动力学模型验证21-23
• 2.3 机器人运动学数学基础23-24
• 2.3.1 机器人位姿描述23-24
• 2.3.2 机器人正运动学问题24
• 2.3.3 机器人逆运动学问题24
• 2.4 阳极浇铸机器人运动学模型建立24-30
• 2.4.1 机器人坐标系和D-H参数表建立24-25
• 2.4.2 阳极浇铸机器人运动学正解25-27
• 2.4.3 阳极浇铸机器人运动学逆解27-28
• 2.4.4 阳极浇铸机器人末端速度分析28-29
• 2.4.5 阳极浇铸机器人运动学模型验证29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 浇铸机器人关节控制及轨迹规划32-47
• 3.1 基于关节角度的简化手臂关节位置控制32-39
• 3.1.1 浇铸机器人简化动力学模型32-36
• 3.1.2 LQR控制器设计36
• 3.1.3 粒子群算法参数优化36-37
• 3.1.4 阳极浇铸机器人PSO-LQR控制效果37-39
• 3.2 阳极浇铸机器人关节空间轨迹规划39-43
• 3.2.1 三次多项式插值规划方法39
• 3.2.2 阳极浇铸机器人轨迹优化分析39-43
• 3.3 阳极浇铸机器人轨迹规划ADAMS仿真43-46
• 3.3.1 轨迹规划模型建立43-44
• 3.3.2 阳极浇铸机器人轨迹规划结果分析44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 双机器人浇铸系统协调运动虚拟样机仿真47-59
• 4.1 阳极浇铸双机器人协调系统47-49
• 4.1.1 浇铸双机器人协调控制策略47-48
• 4.1.2 阳极浇铸机器人协调运动约束方程48-49
• 4.2 阳极浇铸双机器人系统模型建立49-51
• 4.2.1 浇铸系统模型建立过程49-50
• 4.2.2 约束及驱动添加50-51
• 4.2.3 检查模型51
• 4.3 阳极浇铸机器人仿真实验及分析51-55
• 4.3.1 仿真实验51-53
• 4.3.2 仿真结果分析53-55
• 4.4 KUKA SIM PRO仿真分析55-58
• 4.4.1 阳极浇铸机器人工作站的建立56
• 4.4.2 KUKA Sim Pro工作站仿真56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 结论和展望59-60
• 5.1 结论59
• 5.2 展望59-60
• 参考文献60-62
• 致谢62-63
• 攻读学位期间发表的论文、参加的科研项目和获奖情况63

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本文编号：647810