六自由度机械臂轨迹跟踪控制
发布时间：2021-10-21 08:39
人类对于机器人的想象由来已久,古代时期就有能工巧匠可以制造出简单的机器人,但是由于各种因素的限制,机器人技术并没有发展起来。20世纪60年代,美国开创了工业机器人的先河,自此打开了机器人世界的大门,更多的专家和学者都踊跃的投身到这项新兴的机器人技术的研究之中,这使得机器人这一技术得到了迅猛的发展,并且随着时间的积累,研究出的用于实际应用的机器人种类也越来越多。目前应用最广泛的机器人当属工业机器人,而工业机器人大多都是臂式机器人,即机械臂。机械臂在工业生产中的作业主要分为点到点的动作和沿特定轨迹作业,即点动作业和跟踪作业,这两种作业都需要保证机械臂运行过程的每个关节平稳性,即关节的位置、速度、加速度平滑过渡。机械臂能够代替人类从事繁重、危险的工作的前提是机械臂在生产中的精度达到要求。因机械臂本身具有复杂、强耦合、非线性等特性,为了实现机械臂的高精度控制,本文的研究对象是实验室现有的机械臂,需对其轨迹规划和轨迹跟踪控制这两个方面进行研究。本文的主要工作有以下几方面:（1）对本文所研究的机械臂进行正向运动学建模,运用解析法进行逆运动学求解,运用蒙特卡罗法分析其工作空间,并验证模型的合理性。（...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图12019年IFR公布全球工业机器人装机量
内蒙古科技大学硕士学位论文-9-图2.1硬件系统结构图上位机硬件部分由计算机和网卡组成。通过网卡实现设备之间数据传输。计算机主要做控制外部设备的工作，具体工作内容如下：向运动控制卡发送控制命令以及查询命令。机械臂控制系统接收上位机的控制命令并执行，接收上位机的查询命令并反馈电机工作情况。主要由四部分组成，分别是DMC-21X2型运动控制卡、驱动器、电机，机械臂运动控制系统组件如图2.2所示，各部分具体功能如下：(1)运动控制器DMC-21x2是一种经济型多轴独立控制器，x的取值是1-8，此运动控制器最多可以用来控制8个轴。控制器可以对曲线进行平滑处理，针对复杂轮廓，为了减小运动冲击实现平滑跟踪，控制器提供了无限直线、圆弧的矢量进给，也就是任何复杂的曲线都可以通过直线和圆弧表示出来。(2)驱动器应该与伺服电机相匹配，控制器的脉冲信号并不能直接用来控制伺服电机，需要经由伺服驱动器转换成电流才能驱动伺服电机。(3)电机将电流转换为产生运动的力，电流的大小决定了运动的力的大校电机带动关节运动。(4)编码器用来记录电机的运行状态。利用自身功能将电机的运动状态转化成电脉冲反馈给给控制器，依此来修正电机在实际运转中产生的偏差。编码器伺服电机六轴一轴伺服驱动器编码器伺服电机10M以太网上位机机械臂控制系统运动控制器DMC-21X2系统管理/人机交互PC轨迹规划伺服驱动器六自由度机械臂
内蒙古科技大学硕士学位论文-10-图2.2运动控制系统组件2.1.1运动控制器运动控制器DMC-21x2是一种经济型多轴独立控制器，此运动控制器最多可以用来控制8个轴，x的取值是1-8，分别是1到8轴的具体型号。此控制器具有通信快速、编码器反馈快速、存储不易失性的特点。图2.3控制器接线图控制器的微处理器是摩托罗拉68331系列微机，带有各4兆的RAM和FLASH，可以为变量、数组、程序提供存储空间和断电保存作用。通过10M以太网和RS232串口与外部通信。控制器的组件图如下所示：计算机DMC-21x2运动控制器驱动器电源编码器电机
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人产业:现状、产业链及发展模式分析[J]. 陈春春. 互联网经济. 2019(Z1)
[2]Iterative Learning Control With Incomplete Information: A Survey[J]. Dong Shen. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2018(05)
[3]六自由度机械臂轨迹规划与协调仿真研究[J]. 李玉齐. 电子测量技术. 2018(02)
[4]笛卡尔和关节空间联合轨迹规划研究[J]. 赖啸,刘勇,罗文果,代艳霞,曾晗. 机械传动. 2017(01)
[5]六自由度机器人运动学仿真及轨迹规划[J]. 乐英,岳艳波. 组合机床与自动化加工技术. 2016(04)
[6]多机械臂的分布式自适应迭代学习控制[J]. 孙继鹏,孟德元,杜明骏,左宗玉. 北京航空航天大学学报. 2015(12)
[7]机器手臂轨迹规划[J]. 王凯凯,万衡. 制造业自动化. 2015(13)
[8]工业机器人冲击最优的轨迹规划算法[J]. 杨锦涛,姜文刚,林永才. 科学技术与工程. 2014(28)
[9]考虑关节摩擦的并联机器人平滑轨迹规划[J]. 刘凉,陈超英,赵新华. 机械工程学报. 2014(19)
[10]基于齐次变换矩阵的机器人轨迹规划方法[J]. 沈雅琼,叶伯生,熊烁. 组合机床与自动化加工技术. 2014(01)
博士论文
[1]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009
硕士论文
[1]六自由度机械臂运动规划[D]. 党浩明.北京信息科技大学 2018
[2]焊接机器人运动路径优化仿真分析[D]. 沈迪超.长春理工大学 2015
[3]串联机器人运动学分析、结构优化设计及仿真研究[D]. 王润.天津大学 2012
[4]工业机器人笛卡尔空间轨迹规划的研究[D]. 陈伟华.华南理工大学 2010
[5]机械臂滑模控制方法研究及直流电机的控制设计[D]. 许文芳.哈尔滨理工大学 2010
[6]6自由度串联机械手位置逆解新方法[D]. 乔曙光.北京邮电大学 2008
[7]六自由度串联机械手位置逆解若干问题的研究[D]. 李小唐.北京邮电大学 2006
[8]六自由度机械手运动学、动力学分析及计算机仿真[D]. 谷鸣宇.吉林大学 2005
本文编号：3448632
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图12019年IFR公布全球工业机器人装机量
内蒙古科技大学硕士学位论文-9-图2.1硬件系统结构图上位机硬件部分由计算机和网卡组成。通过网卡实现设备之间数据传输。计算机主要做控制外部设备的工作，具体工作内容如下：向运动控制卡发送控制命令以及查询命令。机械臂控制系统接收上位机的控制命令并执行，接收上位机的查询命令并反馈电机工作情况。主要由四部分组成，分别是DMC-21X2型运动控制卡、驱动器、电机，机械臂运动控制系统组件如图2.2所示，各部分具体功能如下：(1)运动控制器DMC-21x2是一种经济型多轴独立控制器，x的取值是1-8，此运动控制器最多可以用来控制8个轴。控制器可以对曲线进行平滑处理，针对复杂轮廓，为了减小运动冲击实现平滑跟踪，控制器提供了无限直线、圆弧的矢量进给，也就是任何复杂的曲线都可以通过直线和圆弧表示出来。(2)驱动器应该与伺服电机相匹配，控制器的脉冲信号并不能直接用来控制伺服电机，需要经由伺服驱动器转换成电流才能驱动伺服电机。(3)电机将电流转换为产生运动的力，电流的大小决定了运动的力的大校电机带动关节运动。(4)编码器用来记录电机的运行状态。利用自身功能将电机的运动状态转化成电脉冲反馈给给控制器，依此来修正电机在实际运转中产生的偏差。编码器伺服电机六轴一轴伺服驱动器编码器伺服电机10M以太网上位机机械臂控制系统运动控制器DMC-21X2系统管理/人机交互PC轨迹规划伺服驱动器六自由度机械臂
内蒙古科技大学硕士学位论文-10-图2.2运动控制系统组件2.1.1运动控制器运动控制器DMC-21x2是一种经济型多轴独立控制器，此运动控制器最多可以用来控制8个轴，x的取值是1-8，分别是1到8轴的具体型号。此控制器具有通信快速、编码器反馈快速、存储不易失性的特点。图2.3控制器接线图控制器的微处理器是摩托罗拉68331系列微机，带有各4兆的RAM和FLASH，可以为变量、数组、程序提供存储空间和断电保存作用。通过10M以太网和RS232串口与外部通信。控制器的组件图如下所示：计算机DMC-21x2运动控制器驱动器电源编码器电机
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人产业:现状、产业链及发展模式分析[J]. 陈春春. 互联网经济. 2019(Z1)
[2]Iterative Learning Control With Incomplete Information: A Survey[J]. Dong Shen. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2018(05)
[3]六自由度机械臂轨迹规划与协调仿真研究[J]. 李玉齐. 电子测量技术. 2018(02)
[4]笛卡尔和关节空间联合轨迹规划研究[J]. 赖啸,刘勇,罗文果,代艳霞,曾晗. 机械传动. 2017(01)
[5]六自由度机器人运动学仿真及轨迹规划[J]. 乐英,岳艳波. 组合机床与自动化加工技术. 2016(04)
[6]多机械臂的分布式自适应迭代学习控制[J]. 孙继鹏,孟德元,杜明骏,左宗玉. 北京航空航天大学学报. 2015(12)
[7]机器手臂轨迹规划[J]. 王凯凯,万衡. 制造业自动化. 2015(13)
[8]工业机器人冲击最优的轨迹规划算法[J]. 杨锦涛,姜文刚,林永才. 科学技术与工程. 2014(28)
[9]考虑关节摩擦的并联机器人平滑轨迹规划[J]. 刘凉,陈超英,赵新华. 机械工程学报. 2014(19)
[10]基于齐次变换矩阵的机器人轨迹规划方法[J]. 沈雅琼,叶伯生,熊烁. 组合机床与自动化加工技术. 2014(01)
博士论文
[1]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009
硕士论文
[1]六自由度机械臂运动规划[D]. 党浩明.北京信息科技大学 2018
[2]焊接机器人运动路径优化仿真分析[D]. 沈迪超.长春理工大学 2015
[3]串联机器人运动学分析、结构优化设计及仿真研究[D]. 王润.天津大学 2012
[4]工业机器人笛卡尔空间轨迹规划的研究[D]. 陈伟华.华南理工大学 2010
[5]机械臂滑模控制方法研究及直流电机的控制设计[D]. 许文芳.哈尔滨理工大学 2010
[6]6自由度串联机械手位置逆解新方法[D]. 乔曙光.北京邮电大学 2008
[7]六自由度串联机械手位置逆解若干问题的研究[D]. 李小唐.北京邮电大学 2006
[8]六自由度机械手运动学、动力学分析及计算机仿真[D]. 谷鸣宇.吉林大学 2005
本文编号：3448632
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