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《面向高速運動的Delta機器人非線性控制研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、碩士學位論文面向高速運動的Delta機器人非線性控制研究RESEARCHONTHENONLINEARCONTROLOFHIGH-SPEEDDELTAROBOT劉玉炯哈爾濱工業(yè)大學2015年7月國內(nèi)圖書分類號：TP242.2學校代碼:10213國際圖書分類號：681.5密級：公開工學碩士學位論文面向高速運動的Delta機器人非線性控制研究碩士研究生：劉玉炯導(dǎo)師：孔民秀副教授申請學位:工學碩士學科:機械電子所在單位:機電工程學院答辯日期：2015年7月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TP242.2U.D.C:681.5DissertationfortheMaster
2、DegreeinEngineeringRESEARCHONTHENONLINEARCONTROLOFHIGH-SPEEDDELTAROBOTCandidate:YujiongLiuSupervisor:AssociateProf.MinxiuKongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicsAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefense:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInsti
3、tuteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文摘要Delta機器人以其簡單優(yōu)美的結(jié)構(gòu)和快速精準的運動獲得了巨大的商業(yè)成功，然而，隨著市場對機器人速度要求的不斷提高，傳統(tǒng)的PID控制器顯示出一系列問題，主要表現(xiàn)為：跟蹤精度降低，控制量波動變大，以及由此帶來的電機振動和噪音。詳細的研宄發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的原因主要是：機器人在高速運動時慣性力影響顯著上升，關(guān)節(jié)之間的耦合變得嚴重，而不基于模型的PID對于非線性、強耦合系統(tǒng)很難整定出滿意的控制效果。因此，本文引入系統(tǒng)動態(tài)，采用基于模型的非線性控制器來補償Delta機器人在高速情況下表現(xiàn)出的強非線性特性。首先，在用幾何法獲得機器人正逆
4、運動學和動平臺雅克比、海賽矩陣的基礎(chǔ)上，使用廣義虛功原理推得了更完善的Delta機器人動力學模型，該模型考慮了各關(guān)節(jié)的庫倫摩擦和粘性摩擦，以及由于剛體簡化帶來的慣性誤差。其次，推導(dǎo)了基于改進Delta機器人動力學模型的計算力矩控制器以及使用期望狀態(tài)的力矩前饋控制器?？紤]到高速情況下負載效應(yīng)的不利影響，設(shè)計了自適應(yīng)控制器和基于期望狀態(tài)的補償自適應(yīng)控制器，并對其進行了穩(wěn)定性證明。最后，搭建了基于xPC的Delta機器人控制系統(tǒng)，對控制器所需動力學參數(shù)進行了測量和辨識，并在此平臺上對得到的控制器進行了試驗。實驗結(jié)果顯示，計算力矩控制器由于使用了關(guān)節(jié)實際速度，引入了較大測量噪聲，其控制效果只比傳統(tǒng)
5、PID略有提升，而使用期望狀態(tài)的力矩前饋控制器雖然較好地解決了測量噪聲的問題，但卻出現(xiàn)了力矩沖擊的現(xiàn)象。為了解決這一問題，文本在前饋的力矩后加入了一階慣性環(huán)節(jié)，有效地平滑了理論力矩中的尖峰。改進的控制器能使Delta機器人在204ms內(nèi)執(zhí)行一個標準測試軌跡AdeptMotion,而且其跟蹤精度和力矩水平都有明顯的提高。本文還對得到的Delta自適應(yīng)負載控制器進行了實驗。實驗顯示，控制器可以成功地辨識出負載的大小并將其用于控制，實驗同時也顯示，單純的自適應(yīng)控制魯棒性很差，對跟蹤精度的要求非常高，很難應(yīng)用到目前高速控制中。關(guān)鍵詞：Delta機器人；高速；非線性控制；計算力矩；自適應(yīng)控制-I-哈
6、爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文AbstractByitseasyandelegantstructureaswellasfastandaccuratemotion,theDeltarobotsgetahugebusinesssuccess.However,astheincreasingdemandofrobotspeed,theregularPIDcontrollershowsitslimitations,whicharehighertrackingerror,morefluctuationoftorqueandtheresultingbiggermotorvibrationandnoise.
7、Themaincausesofthisphenomenon,drivenbydetailedresearch,arebelievedtobe:whentherobotmovesinhighspeed,itsinertialforcesbecomeenormousandthecouplingsbetweenjointsbecomesevere,whilethePIDcontrollerthatisnotbasedonmod
