Delta并联机器人控制系统设计

发布时间：2017-09-13 15:22

  本文关键词：Delta并联机器人控制系统设计

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【摘要】：并联机器人技术及其相应应用程序开发的速度越来越快,并具备更为精准的控制精度,更为灵巧的控制策略以及更为强大的信息更新能力。在各种并联机器人当中,Delta机器人由于机械系统的设计、性能和技术已相对成熟,因此具备潜在的巨大市场和社会需求。随着人类社会逐渐步入一个崭新的工业时代和基于专业应用社会和个人服务的时代。未来,Delta并联机器人将会因为其精准而高效的作业能力,为科技进步及社会发展做出更为巨大的贡献。本文首先对机器人进行较为系统的阐述和分析,通过对Delta并联机器人的运动学方程进行求解,并利用拉格朗日函数对机器人的动力学数学模型的构造,从而为之后仿真及实验过程提供理论依据。同时,通过MATLAB/SIMULINK软件平台,对机器人进行笛卡尔坐标空间内动态模型仿真,记录并分析机器人各关节响应曲线及运动轨迹。然后对控制系统进行设计并对其进行仿真。所采用的方法为模型参考自适应控制,并在保持自适应控制的条件下设计出一种自适应鲁棒控制系统,并基于MATLAB/SIMULINK仿真平台构建模型参考自适应控制以及自适应鲁棒控制的控制系统模型,通过对控制系统进行仿真,分析其各关节物理量的动态相应曲线,从而得出自适应鲁棒控制系统相较现有的单纯自适应控制系统而言,在对非线性不确定性机器人系统的控制方面更为理想。为了验证自适应鲁棒控制系统对在机器人实际运行过程中的控制效果,本文首先搭建了一套运动控制平台用以进行实验。实验平台主要分为伺服控制系统、执行机构与传感器三部分,本文在第四章中将对该运动控制平台进行详细介绍,通过对伺服控制系统进行调试及实验,验证了伺服控制系统的单轴控制效果。并为其接下来在Delta机器人上的应用做准备。最后,本文将所设计的自适应鲁棒控制系统编译为PMAC封装语句,导入PMAC,并将第四章中的伺服控制系统应用于Delta并联机器人上,通过对机器人进行示教运行,并对其各关节相关变量的参数进行采样,分析其动态相应曲线,最后对结果进行分析,从而证明了自适应鲁棒控制可以达到较为理想的控制效果。
【关键词】：Delta机器人控制系统 自适应鲁棒控制 PMAC运动控制卡
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 DELTA并联机器人研究背景及意义8-11
• 1.2 并联机器人控制系统研究目的及意义11-12
• 1.3 本文主要研究内容及创新点12-13
• 第2章 机器人运动学与动力学分析及仿真13-30
• 2.1 DELTA并联机器人结构简介13-14
• 2.2 机器人运动学方程的表示方法14-19
• 2.2.1 机器人位姿变换方程14
• 2.2.2 机器人连杆变换矩阵及其乘积14-16
• 2.2.3 URR（联合-旋转-旋转）型机器人运动学分析16-19
• 2.3 DELTA机器人动力学模型的表示方法19-23
• 2.3.1 机器人动力学概况19-20
• 2.3.2 动力学参数估计法20
• 2.3.3 牛顿—欧拉法与拉格朗日法20-23
• 2.3.3.1 利用牛顿—欧拉法构建动力学方程20-21
• 2.3.3.2 利用拉格朗日函数构建动力学方程21-22
• 2.3.3.3 关节空间与操作空间动力学方程22-23
• 2.4 DELTA机器人动态模型仿真23-29
• 2.4.1 MATLAB仿真平台简介23
• 2.4.2 笛卡尔坐标系下的运动23-24
• 2.4.3 关节空间运动24-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 基于SIMULINK的DELTA机器人控制系统研究30-51
• 3.1 自适应控制30-33
• 3.1.1 自适应控制背景30-31
• 3.1.2 自适应控制方法分类31-33
• 3.2 MATLAB/SIMULINK仿真平台介绍33-34
• 3.3 单关节模型参考自适应控制设计34-42
• 3.3.1 基于静摩擦环节的数学模型构建34-36
• 3.3.2 模型参考自适应控制目标36
• 3.3.3 单关节控制系统构建36-40
• 3.3.3.1 单关节动态方程36-38
• 3.3.3.2 控制器设计及系统稳定性证明38-40
• 3.3.4 仿真实例40-42
• 3.4 三自由度并联机器人自适应鲁棒轨迹跟踪控制42-50
• 3.4.1 机器人自适应鲁棒控制研究背景42-43
• 3.4.2 控制系统设计43-47
• 3.4.2.1 动态方程构建43-44
• 3.4.2.2 控制器设计44-47
• 3.4.3 仿真实例47-50
• 3.5 本章小节50-51
• 第4章 伺服控制系统开发与实验51-80
• 4.1 电机及驱动器51-60
• 4.1.1 电机选型51
• 4.1.2 伺服驱动器简介51-52
• 4.1.3 伺服系统通信连接52-60
• 4.1.3.1 电机与驱动器馈线连接52-57
• 4.1.3.2 利用ULTRAWARE软件进行通信57-60
• 4.2 TURBO PMAC简介60-65
• 4.2.1 TURBO PMAC功能介绍60-65
• 4.2.1.1 关键硬件组61-63
• 4.2.1.2 关键的软件组63-65
• 4.2.1.3 用户程序65
• 4.3 上位机与驱动器通信65-73
• 4.3.1 ACC-24E2S端口定义及馈线连接65-69
• 4.3.2 电机空载试运转69-71
• 4.3.3 简单程序实现71-73
• 4.4 反馈系统简介73-74
• 4.5 直线导轨伺服系统实验74-79
• 4.5.1 PID参数整定74-76
• 4.5.2 伺服控制系统运行试验76-79
• 4.6 本章小结79-80
• 第5章 机器人伺服运动控制系统应用80-93
• 5.1 机器人设计相关参数及示意图80-82
• 5.2 运动控制效果分析82-85
• 5.3 程序清单85-92
• 5.3.1 机器人控制应用程序85-86
• 5.3.2 关节调速程序86-87
• 5.3.3 在实时位置确定路径程序87-89
• 5.3.4 编码器模数检测程序89-90
• 5.3.5 存储起始位置编码器偏移量程序90-91
• 5.3.6 纯位置运动程序91-92
• 5.4 本章小结92-93
• 结论93-94
• 参考文献94-96
• 研究生在读期间学术成果96-97
• 致谢97

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