基于TwinCAT平臺(tái)的SCARA機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法研究.pdf

1、在人力成本不斷提高的今天，食品、制藥等行業(yè)引入大量機(jī)器人來(lái)完成分揀、搬運(yùn)等工作，此時(shí)對(duì)機(jī)器人的要求是快速完成工作的同時(shí)具有較高的精度。SCARA機(jī)器人具有水平面靈活度高、鉛垂平面剛性好，工作空間相對(duì)較大，控制簡(jiǎn)單，性價(jià)比高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于該領(lǐng)域。機(jī)器人高速運(yùn)行下動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)明顯，搬運(yùn)過(guò)程中具有負(fù)載變化，傳統(tǒng)PID控制算法采用強(qiáng)制解耦策略，且控制增益固定，難以達(dá)到理想的控制性能。根據(jù)機(jī)器人各軸耦合特性設(shè)計(jì)控制算法，可以提高機(jī)器人高速

2、運(yùn)行時(shí)的精度，此時(shí)需要控制器具有較強(qiáng)的運(yùn)算性能和開(kāi)放性。本文基于運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性高、開(kāi)放性好的TwinCAT平臺(tái)搭建機(jī)器人控制器，以 SCARA機(jī)器人為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)基于模型的算法和智能算法來(lái)提高SCARA機(jī)器人在高速搬運(yùn)下的精度。
　　本文首先對(duì) SCARA機(jī)器人進(jìn)行正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，并通過(guò)仿真來(lái)驗(yàn)證求解的正確性。對(duì)機(jī)器人的Jacobian矩陣和Hessian矩陣進(jìn)行求解，分析奇異點(diǎn)，并在笛卡爾空間對(duì)機(jī)器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃，得到笛

3、卡爾空間軌跡與關(guān)節(jié)空間中關(guān)節(jié)角度、角速度和角加速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。用拉格朗日法對(duì) SCARA機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行求解。
　　其次，為了設(shè)計(jì)基于模型的控制算法，需要通過(guò)動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)獲得準(zhǔn)確和完整的動(dòng)力學(xué)模型。但是辨識(shí)中隨機(jī)誤差較大，因此采用分兩步辨識(shí)的方法來(lái)優(yōu)先確定一部分參數(shù)，這樣有助于剩余參數(shù)辨識(shí)結(jié)果的選取。第一步采用動(dòng)態(tài)LuGre摩擦模型作為機(jī)器人的關(guān)節(jié)摩擦模型，辨識(shí)出摩擦模型的系數(shù)，得出關(guān)節(jié)摩擦與關(guān)節(jié)速度的關(guān)系。第二步將機(jī)器人的逆

4、動(dòng)力學(xué)方程用觀測(cè)矩陣和最小慣性參數(shù)集來(lái)表示，設(shè)計(jì)激勵(lì)軌跡和辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)機(jī)器人慣性參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。
　　再次，以機(jī)器人高速運(yùn)行下提高軌跡精度為目標(biāo)，設(shè)計(jì)基于模型的控制算法。機(jī)器人搬運(yùn)過(guò)程中負(fù)載的變化會(huì)導(dǎo)致模型不準(zhǔn)確，動(dòng)力學(xué)辨識(shí)在未建模動(dòng)態(tài)的干擾下也會(huì)有一些誤差。而計(jì)算力矩控制算法在模型不準(zhǔn)確和有負(fù)載擾動(dòng)下，存在一定的跟蹤誤差。對(duì)此在計(jì)算力矩法的基礎(chǔ)上，提出加入模糊補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)方案。進(jìn)一步以提高響應(yīng)速度為目標(biāo)，提出了變?cè)鲆娴哪：a(bǔ)償方案，