论文部分内容阅读
随着科学技术的发展,工业机器人在生产领域的使用也是越来越广泛。智能工厂与先进制造已经越来越受人们的重视。工业机器人作为其中最为重要的组成部分,已经成为了现代生产中不可或缺的一部分。为了提高生产效率,保证产品质量,如何让工业机器人准确快速高效的工作已经是当前学者研究的一个主要方向。运动学和动力学建模作为机器人最基础的研究,其模型的准确性直接影响了后面的研究进展,一个准确模型对其控制研究有着至关重要的意义。针对不同的机器人有着不同的控制方法,如何选择合适的控制器也是当今学者的研究方向。作为机器人的核心大脑,控制系统在对整个机器人的应用以及性能开发上有着决定性的作用,开放式的控制系统可以让用户与机器人之间的沟通更加便捷高效。本文的主要研究内容如下:(1)研究SCARA机器人的结构特点,分析了机器人在空间坐标系中的位姿表达形式,用D-H法建立了 SCARA机器人各个连杆之间的齐次变换矩阵,在此基础上推导计算了机器人运动学的正逆解。分析了机器人各个关节连杆的速度、动能以及势能,通过拉格朗日法计算出机器人的动力学模型。(2)研究机器人的鲁棒控制问题。为了方便计算研究,我们对SCARA机器人的动力学模型进行了简化,将第三第四关节看作负重,将其动力学模型简化为两自由度的模型。考虑到系统中的不确定性,设计了简化模型的鲁棒控制器,通过计算证明了不确定系统的一致有界与一致最终有界。通过MATLAB仿真结果表明了该控制器的有效性。(3)研究柔性关节机器人的鲁棒控制问题。在实际的工业应用中机器人并不完全是刚性的系统,通常机器人的柔性可以分为连杆柔性和关节柔性,在此我们对关节柔性机器人进行了研究。在简化后的刚性SCARA机器人的基础上,根据Spong模型,在关节之间引入一个弹簧模拟关节柔性,并由此设计了鲁棒控制器。通过MATLAB仿真可以看出该鲁棒控制可以满足系统的跟踪任务。(4)控制系统设计。设计了开放式的机器人控制系统。采用“PC+PMAC运动控制卡”的结构,搭建了实验的硬件平台。通过VS软件,在Windows系统下开发了机器人控制系统软件,将部分算法移植到系统中,将运动控制卡的主要功能软件移植到系统中,定义了在该系统下的机器人编程语言。