輕型機械臂模塊化柔順關(guān)節(jié)研究.pdf

1、模塊化機器人是機器人領(lǐng)域未來的重要研究方向之一。模塊化設(shè)計具有靈活性好、設(shè)計周期短、設(shè)計成本低且便于維護的優(yōu)點。本文針對自動裝配輕型機械臂的應用需求，研制具有力感知及柔順控制功能的模塊化關(guān)節(jié)，以滿足快速發(fā)展的裝配作業(yè)的需求。
　　為提高輕型機械臂的互換性和可維護性，縮短開發(fā)周期，采用模塊化以及一體化的思想設(shè)計其關(guān)節(jié)。根據(jù)裝配任務的需求，確定了關(guān)節(jié)需要滿足的功能及性能指標，基于此，設(shè)計了關(guān)節(jié)的總體方案，將機構(gòu)、驅(qū)動、傳感、控制集成為

2、一體，并完成了關(guān)鍵部件的選型，包括關(guān)節(jié)電機、諧波減速器、位置傳感器、失電抱閘以及軸承等?；谠O(shè)計的方案將各部件裝配起來，構(gòu)成一個傳動可靠、集成度高、具有標準機械和電氣接口、可實現(xiàn)中空走線的模塊化關(guān)節(jié)。
　　根據(jù)設(shè)計的結(jié)果，推導了一體化關(guān)節(jié)的動力學模型，建立了包含位置、速度及電流三環(huán)在內(nèi)的閉環(huán)仿真系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)，完成了關(guān)節(jié)控制器的算法驗證，為設(shè)計本課題的伺服驅(qū)動器提供了技術(shù)支持。通過分析機械臂的負載能力及運行情況，得出關(guān)節(jié)電機適于

3、采用id=0的磁場定向矢量控制策略和采用空間脈寬調(diào)制技術(shù)的結(jié)論。為滿足一體化關(guān)節(jié)實時性、開放性、靈活性的控制需求，開發(fā)了基于FPGA的伺服控制器。該控制器主要包括時序控制模塊、電流信號采集電路及其信號處理模塊、矢量變換模塊、PI調(diào)節(jié)器、三角函數(shù)計算模塊、空間矢量脈寬調(diào)制模塊、絕對式編碼器SSI總線接口電路及采集模塊等，綜合實現(xiàn)了傳感器信號采集與融合、伺服控制、電機驅(qū)動等功能。
　　最后完成了樣機的集成和調(diào)試。以開發(fā)的樣機作為測試對