高速并聯(lián)機器人及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著我國產業(yè)結構調整和升級,電子產品、食品和醫(yī)藥等行業(yè)將會得到重點發(fā)展。在這些行業(yè)產品的生產過程中,存在著大量的諸如輕小物品的分揀、拾取以及包裝等操作任務。這類操作重復性強,勞動強度大,效率要求高,并且食品和藥品的生產過程對衛(wèi)生條件要求苛刻,因此需要開發(fā)一種可用于完成上述操作的自動化設備來代替常規(guī)的人工操作。本文結合國內外應用于電子、食品和醫(yī)藥等行業(yè)完成拾取操作的高速機器人的研究現狀,以一種可以完成高速拾取操作的并聯(lián)機器人——Delta

2、機器人為研究對象,對其運動學、軌跡規(guī)劃和控制系統(tǒng)三方面進行了分析和研究,主要研究內容如下:
　　(1)建立了Delta機構的三維模型和運動仿真模型。利用桿長約束條件,建立了機構的約束方程,以此為基礎推導出了Delta機構的運動學正、反解模型。采用微分法,對閉環(huán)約束方程求導,得到了機構的雅克比矩陣。采用代數法,借助雅克比矩陣分析了機構各種可能的奇異位形。
　　(2)針對Delta機器人的抓取—放置操作任務,選用S型速度曲線修正

3、梯形加速度模式作為運動規(guī)律,分別在直角坐標空間和關節(jié)坐標空間對末端和主動臂進行軌跡規(guī)劃。利用ADAMS對軌跡規(guī)劃進行仿真分析,仿真結果表明:兩種方式下,機器人主動臂和末端的動力特性相近,機構運動平穩(wěn)。但考慮到算法實現的方便性以及控制的高效性,對于抓放操作,在關節(jié)坐標空間進行軌跡規(guī)劃是優(yōu)先選擇的方式。
　　(3)對于Delta機器人的控制系統(tǒng),設計了“PC機+控制器+伺服系統(tǒng)”的開放式控制系統(tǒng)。通過分析基于運動學和基于動力學兩種控制

4、方法的特點,確定采用基于運動學的控制方法。研究分析了單支路控制系統(tǒng)的位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)以及矢量控制方式下永磁同步電機的數學模型,建立了控制系統(tǒng)的控制框圖,為控制系統(tǒng)性能分析提供了模型。
　　(4)針對Delta機器人主動臂驅動電機受到時變負載以及非線性因素干擾的情況,提出速度控制器采用模糊PI控制器來提高控制系統(tǒng)的性能。詳細分析和設計了模糊PI控制器的知識庫模塊、模糊化模塊、模糊推理模塊以及清晰化模塊等主要組成部分。在Simu