开放式并联机器人控制平台关键技术地研究

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1、国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文开放式并联机器人控制平台关键技术研究硕士研究生：张运强导师：黄瑞宁助理教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.2U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEKEYTECHNOLOGYFORTHEOPENCONTROLPLATFO

2、RMOFPARALLELROBOTSCandidate：YunqiangZhangSupervisor：AssistantProf.RuiningHuangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstitute

3、ofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要工业机器人是自动化制造生产线中必不可少的设备，能代替人完成重复长时间的或是危险、恶劣环境下的作业，极大的提高了生产效率。为了让机器人能够完成更复杂的任务，提高机器人智能，许多传感器，如触觉、力觉或视觉，先进的控制算法，如模糊控制、鲁棒控制，需要整合到工业机器人中，使其具有识别功能或更进一步的自适应、自学习功能。但传统的商用机器人控制平台是不开放的，对平台的改造，需要开发商的协助，使用开发商指定的设备，不仅费时费力，甚至这种改造是不可能的。本文在分析机器人控制平台的基础上，

4、为了达到平台开放性与实时性要求，为先进的控制算法和多传感器融合提供基础，首先提出工业计算机与嵌入式运动控制器相结合的结构，两者通过网络通信。工业计算机作为主控制器使用，完成非实时任务，嵌入式运动控制器符合IEC61131规范，用于实现机器人控制。并在此结构下，完成了平台的硬件搭建与软件设计。接着为了提高机器人的操作速度和控制性能，对路径规划与轨迹跟踪进行了研究。针对并联机器人典型的拾放操作路径，提出了更合适的椭圆路径与改进正弦速度规划相结合的方案，并推导出基于机器人动力学的时间最优方程。这种运动规划是连续的，在高速应用中可以避免

5、振动。通过对比机器人的控制方式，在分析了运动学与动力学控制优劣后，采用了控制性能更优的计算力矩控制算法。通过仿真，验证了控制算法的有效性。建立了Delta机器人非简化的动力学模型，为动力学控制与优化算法提供基础。最后，为了验证平台的性能及模型的正确性，在建立的平台上进行了相关实验。实验对比了两种控制方式、两种运动规划及时间最优算法的轨迹误差与力矩大小，实验结果表明采用计算力矩控制算法、椭圆路径运动规划及相应的时间最优算法后，Delta机器人的性能得到较大的提高。关键词：开放式控制平台；并联机器人；路径规划；动力学模型-I-哈尔滨

6、工业大学工学硕士学位论文AbstractIndustrialrobotsareessentialequipmentfortheautomatedmanufacturingproductionline.Itcaninsteadofpeopletocompleterepeatedlong-timeoperations,orexecutetasksindangerousharshoperatingenvironment,whichwillgreatlyimprovedproductionefficiency.Forthepurpose

7、ofmakingtherobotshavingthepowertocompletemorecomplextasksandenhancerobotintelligence,manysensors,suchastactilesensors,forcesensorsorvisionsensors,andmanyadvancedcontrolalgorithms,suchasfuzzycontrol,robustcontrol,needtobeintegratedintotheindustrialrobot,formakingithas

8、theabilitytoidentifyorfurtheradaptive,self-learningability.Butthenormalcommercialrobotplatformsarenotopenness,thetransformationofth