高速并聯(lián)機(jī)器人及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí),電子產(chǎn)品、食品和醫(yī)藥等行業(yè)將會(huì)得到重點(diǎn)發(fā)展。在這些行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,存在著大量的諸如輕小物品的分揀、拾取以及包裝等操作任務(wù)。這類操作重復(fù)性強(qiáng),勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率要求高,并且食品和藥品的生產(chǎn)過程對(duì)衛(wèi)生條件要求苛刻,因此需要開發(fā)一種可用于完成上述操作的自動(dòng)化設(shè)備來代替常規(guī)的人工操作。本文結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)用于電子、食品和醫(yī)藥等行業(yè)完成拾取操作的高速機(jī)器人的研究現(xiàn)狀,以一種可以完成高速拾取操作的并聯(lián)機(jī)器人——Delta

2、機(jī)器人為研究對(duì)象,對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、軌跡規(guī)劃和控制系統(tǒng)三方面進(jìn)行了分析和研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)建立了Delta機(jī)構(gòu)的三維模型和運(yùn)動(dòng)仿真模型。利用桿長約束條件,建立了機(jī)構(gòu)的約束方程,以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出了Delta機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正、反解模型。采用微分法,對(duì)閉環(huán)約束方程求導(dǎo),得到了機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣。采用代數(shù)法,借助雅克比矩陣分析了機(jī)構(gòu)各種可能的奇異位形。
　　(2)針對(duì)Delta機(jī)器人的抓取—放置操作任務(wù),選用S型速度曲線修正

3、梯形加速度模式作為運(yùn)動(dòng)規(guī)律,分別在直角坐標(biāo)空間和關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間對(duì)末端和主動(dòng)臂進(jìn)行軌跡規(guī)劃。利用ADAMS對(duì)軌跡規(guī)劃進(jìn)行仿真分析,仿真結(jié)果表明:兩種方式下,機(jī)器人主動(dòng)臂和末端的動(dòng)力特性相近,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。但考慮到算法實(shí)現(xiàn)的方便性以及控制的高效性,對(duì)于抓放操作,在關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃是優(yōu)先選擇的方式。
　　(3)對(duì)于Delta機(jī)器人的控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)了“PC機(jī)+控制器+伺服系統(tǒng)”的開放式控制系統(tǒng)。通過分析基于運(yùn)動(dòng)學(xué)和基于動(dòng)力學(xué)兩種控制

4、方法的特點(diǎn),確定采用基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的控制方法。研究分析了單支路控制系統(tǒng)的位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)以及矢量控制方式下永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,建立了控制系統(tǒng)的控制框圖,為控制系統(tǒng)性能分析提供了模型。
　　(4)針對(duì)Delta機(jī)器人主動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)受到時(shí)變負(fù)載以及非線性因素干擾的情況,提出速度控制器采用模糊PI控制器來提高控制系統(tǒng)的性能。詳細(xì)分析和設(shè)計(jì)了模糊PI控制器的知識(shí)庫模塊、模糊化模塊、模糊推理模塊以及清晰化模塊等主要組成部分。在Simu