重載機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模及前饋控制方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本文以江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目“高速重載工業(yè)機(jī)器人(500KG)核心技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”為背景，深入研究了重載機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模及控制的相關(guān)技術(shù)。由于500KG機(jī)器人仍處于模型設(shè)計(jì)階段，本文以華恒焊接股份有限公司150KG機(jī)器人應(yīng)用為目標(biāo)，完成了該機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型建立與驗(yàn)證、動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)方法研究及其仿真與實(shí)驗(yàn)、前饋控制方法研究及其仿真與實(shí)驗(yàn)等工作。
　　針對(duì)重載機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型建立問題，由于重載機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型十分復(fù)雜，為

2、簡化建模，考慮到機(jī)器人主要受力關(guān)節(jié)為前三個(gè)關(guān)節(jié)，首先將重載機(jī)器人簡化為三關(guān)節(jié)機(jī)器人，然后采用牛頓-歐拉法作為建立重載機(jī)器人三關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)模型的方法，并采用符號(hào)計(jì)算軟件Maple編程，得到了重載機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型并給出了其矩陣形式。為了驗(yàn)證其正確性，本文以華恒焊接股份有限公司150KG機(jī)器人為對(duì)象，在動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS中構(gòu)建了該機(jī)器人模型，比較了由其動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出的關(guān)節(jié)力矩與由動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS計(jì)算出的關(guān)節(jié)力矩的吻合度，驗(yàn)證了該

3、動(dòng)力學(xué)模型的正確性。
　　為了獲得準(zhǔn)確的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，本文采用整體辨識(shí)方法辨識(shí)重載機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)。本文詳細(xì)研究了整體辨識(shí)法的辨識(shí)過程，首先通過參數(shù)重組獲得了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)，然后采用遺傳算法優(yōu)化確定參數(shù)辨識(shí)激勵(lì)軌跡。為抑制機(jī)器人按照激勵(lì)軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)所采集數(shù)據(jù)中存在的噪聲干擾，本文研究了基于快速傅里葉變換的數(shù)據(jù)濾波方式。然后基于最小二乘法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)估算，選擇驗(yàn)證軌跡，驗(yàn)證辨識(shí)出的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的正確性。在研究了重載

4、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)方法之后，本文進(jìn)行了150KG機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)仿真與實(shí)驗(yàn)。本著先易后難、先已知后未知的原則，首先基于ADAMS軟件對(duì)重載機(jī)器人模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了150KG機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)方法的正確性;然后分別在輕載機(jī)器人ER-3A和150KG機(jī)器人上進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，均取得了較好的辨識(shí)效果，獲得了較為準(zhǔn)確的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型。
　　針對(duì)采用反饋閉環(huán)控制算法的重載機(jī)器人存在的位置跟蹤精

5、度較低、響應(yīng)速度較慢、動(dòng)態(tài)性能較差等問題，本文進(jìn)行了重載機(jī)器人力矩前饋控制方式的研究，搭建了Adams+Matlab組成的動(dòng)力學(xué)聯(lián)合仿真平臺(tái)，并通過該平臺(tái)完成了150KG機(jī)器人力矩前饋控制仿真，驗(yàn)證了力矩前饋控制在改善機(jī)器人關(guān)節(jié)跟蹤精度、提高響應(yīng)速度等方面的有效性;最后基于貝加萊控制系統(tǒng)開發(fā)了機(jī)器人前饋控制軟件，在150KG機(jī)器人上的實(shí)現(xiàn)了前饋控制，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相關(guān)方法的有效性，提高了機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置跟蹤精度和末端位置跟蹤精度，加