重載機器人動力學建模及前饋控制方法研究與實現(xiàn).pdf

1、本文以江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項資金項目“高速重載工業(yè)機器人(500KG)核心技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”為背景，深入研究了重載機器人動力學建模及控制的相關技術。由于500KG機器人仍處于模型設計階段，本文以華恒焊接股份有限公司150KG機器人應用為目標，完成了該機器人動力學模型建立與驗證、動力學模型參數(shù)辨識方法研究及其仿真與實驗、前饋控制方法研究及其仿真與實驗等工作。
　　針對重載機器人動力學模型建立問題，由于重載機器人動力學模型十分復雜，為

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

3、動力學模型的正確性。
　　為了獲得準確的機器人動力學模型，本文采用整體辨識方法辨識重載機器人動力學模型參數(shù)。本文詳細研究了整體辨識法的辨識過程，首先通過參數(shù)重組獲得了機器人動力學基礎參數(shù)，然后采用遺傳算法優(yōu)化確定參數(shù)辨識激勵軌跡。為抑制機器人按照激勵軌跡運動時所采集數(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行動力學參數(shù)估算，選擇驗證軌跡，驗證辨識出的機器人動力學模型的正確性。在研究了重載

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

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