水輪機修復(fù)機器人關(guān)節(jié)摩擦的補償研究.pdf

1、摩擦廣泛存在于包括機器人系統(tǒng)在內(nèi)的一切伺服系統(tǒng)之中。摩擦是一種復(fù)雜的、非線性自然現(xiàn)象，它會隨著溫度和時間的變化而改變。非線性摩擦是造成機器人在低速運行和速度轉(zhuǎn)向時伺服控制系統(tǒng)性能惡化的重要原因。對于做軌跡跟蹤的機器人來說，當(dāng)速度轉(zhuǎn)向時，摩擦?xí)斐蓹C器人較大的跟蹤誤差和出現(xiàn)極限環(huán)振蕩。 水電站中所使用的水輪機存在嚴(yán)重的空蝕、磨損，需要定期用專用的機器人對葉片表面進行補焊和打磨工作。要求機器人操作方便、響應(yīng)速度快、控制靈活。關(guān)節(jié)摩擦

2、被認(rèn)為是影響機器人高精度工作時不確定性擾動的主要情形之一。因此，在水輪機修復(fù)機器人伺服系統(tǒng)中如何有效地辨識和補償非線性摩擦，對于提高該機器人的焊縫跟蹤精度、提高經(jīng)濟效益有十分重要的意義，這也是本文的主要研究內(nèi)容。 首先從摩擦的物理特性出發(fā)，詳細分析了摩擦力隨速度變化的四個階段，介紹了近年來提出的各類摩擦模型。通過比較最終確定采用Stribeck、LuGre和庫侖加粘滯模型作為機器人關(guān)節(jié)摩擦的補償模型。 分析了機器人在焊接

3、時，其各個關(guān)節(jié)的功用。采用拉格朗日力學(xué)法對影響機器人軌跡跟蹤性能較大的后兩個關(guān)節(jié)進行了動力學(xué)建模，并計算了相應(yīng)的參數(shù)。選用靜態(tài)指數(shù)模型設(shè)計了基于摩擦模型的PD+前饋補償器，以克服機器人在焊接時由于關(guān)節(jié)摩擦所造成的較大跟蹤誤差，數(shù)字仿真結(jié)果表明補償后機器人的軌跡跟蹤有了很大的提高。 以水輪機修復(fù)機器人的末端關(guān)節(jié)為對象，推導(dǎo)了理想狀況下關(guān)節(jié)伺服控制模型，建立了包含傳動部件、驅(qū)動電機、摩擦非線性因素在內(nèi)的單關(guān)節(jié)操作動力學(xué)模型。(1)采