水輪機(jī)修復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦的補(bǔ)償研究.pdf

1、摩擦廣泛存在于包括機(jī)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(huì)隨著溫度和時(shí)間的變化而改變。非線性摩擦是造成機(jī)器人在低速運(yùn)行和速度轉(zhuǎn)向時(shí)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(jī)器人來說，當(dāng)速度轉(zhuǎn)向時(shí)，摩擦?xí)斐蓹C(jī)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(jī)存在嚴(yán)重的空蝕、磨損，需要定期用專用的機(jī)器人對葉片表面進(jìn)行補(bǔ)焊和打磨工作。要求機(jī)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(jī)器人高精度工作時(shí)不確定性擾動(dòng)的主要情形之一。因此，在水輪機(jī)修復(fù)機(jī)器人伺服系統(tǒng)中如何有效地辨識(shí)和補(bǔ)償非線性摩擦，對于提高該機(jī)器人的焊縫跟蹤精度、提高經(jīng)濟(jì)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(xì)分析了摩擦力隨速度變化的四個(gè)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(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦的補(bǔ)償模型。 分析了機(jī)器人在焊接

3、時(shí)，其各個(gè)關(guān)節(jié)的功用。采用拉格朗日力學(xué)法對影響機(jī)器人軌跡跟蹤性能較大的后兩個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模，并計(jì)算了相應(yīng)的參數(shù)。選用靜態(tài)指數(shù)模型設(shè)計(jì)了基于摩擦模型的PD+前饋補(bǔ)償器，以克服機(jī)器人在焊接時(shí)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(bǔ)償后機(jī)器人的軌跡跟蹤有了很大的提高。 以水輪機(jī)修復(fù)機(jī)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(dòng)部件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、摩擦非線性因素在內(nèi)的單關(guān)節(jié)操作動(dòng)力學(xué)模型。(1)采