大型工業(yè)機(jī)器人操作臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)控制仿真.pdf

1、作為工業(yè)機(jī)器人家族的一員，工業(yè)用大型機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、造紙、食品、玻璃生產(chǎn)等行業(yè)。交流伺服具有響應(yīng)快、精度高、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人中。然而由于大型機(jī)器人操作臂的負(fù)載、自重較大，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中巨大的偏重力矩與耦合力矩對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了很高的要求，給交流伺服系統(tǒng)在大型機(jī)器人中的應(yīng)用帶來(lái)了困難。針對(duì)此點(diǎn)，本文從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、軌跡規(guī)劃及控制三方面出發(fā)對(duì)工業(yè)用大型機(jī)器人操作臂進(jìn)行展開(kāi)研究。
　　操作臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，為了增

2、加操作臂運(yùn)動(dòng)的靈活性，以最大工作空間為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)操作臂臂長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；為了減少偏重力矩的影響，設(shè)計(jì)了肩關(guān)節(jié)的偏重力矩平衡機(jī)構(gòu)；為了降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載、提高系統(tǒng)剛度、減小振動(dòng)，設(shè)計(jì)了帶有局部閉環(huán)肘關(guān)節(jié)的配重機(jī)構(gòu)及腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；并對(duì)操作臂的主要零件進(jìn)行了有限元受力分析。
　　操作臂軌跡規(guī)劃方面，為了充分利用永磁同步電機(jī)的過(guò)載能力，降低所需電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，以操作臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的功率最大值及方差構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；為了保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，采用五

3、次插值曲線作為離散點(diǎn)間的插值曲線，利用矩陣對(duì)約束方程組進(jìn)行求解，大大簡(jiǎn)化了大量約束條件下插值曲線系數(shù)的求解問(wèn)題，并利用遺傳算法完成軌跡參數(shù)的優(yōu)化；為了驗(yàn)證文中軌跡規(guī)劃的有效性，建立Adams仿真平臺(tái)，并進(jìn)行對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：與普通的五次插值法相比，采用文中方法所得到的軌跡，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率幅值減小明顯，達(dá)到了通過(guò)軌跡規(guī)劃減小驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的目的。
　　操作臂控制方面，建立了三相永磁同步電機(jī)控制模型；以基于確定軌跡運(yùn)動(dòng)的