六自由度检修机器人控制系统的研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要六自由度检修机器人属于特种作业机器人，主要负责蒸汽发生器中传热管涡流检查、传热管超声捡查、传热管堵管、水室表面状况的电视检查等，对改善核电站工人的工作条件，提高自动化水平很有意义。本文首先综述了检修机器人的国外发展状况，通过对美国ROSAIII型检修机械臂的深入研究，设计一种KHV型减速结构，实现了电机、减速器，resolver的完美集成，达到机器人关节体积小、承载能力大的设计要求。依据机器人的总体自由度分配和结构型式，对机器人进行运动学、动力学分析：利用齐次座标变换的方法建立了机器人运动学模型，选择Pieper算法作为运动学反解

2、算法，利用SimMechanics模块实现了机器人的动力学仿真，为机器人控制和轨迹规划奠定了基础。针对本机器人的技术要求和特殊的工作环境，设计了基于TurboPiI{AC和Pc机的关节伺服系统。确定了关节伺服系统的硬件结构，对控制系统硬件进行简单的调试。对六自由度检修机器人的关节伺服系统进行建模分析，详细阐述了常规PID控制，前馈PID控制和专家PID控制三种伺服算法的原理，基于MATLAB的仿真和基于TurboPMAC的实现。介绍了TurboPMAC的几种常用配套软件和自定义算法的三种实现方法。最后搭建了单关节伺服系统的实验平台。利用该平台，对系统的动态特性

3、、稳态误差等性能进行了测试。此外，对上述几种伺服算法在TurboPMAC上的实现进行了实验研究。关键词：检修机器人；伺服控制系统；TurboPMAc；PID算法AbstractThemaintenance＆inspectionrobotwith6DOFisakindofspecialrobatoperatinginhazardousenvironment．It’Smainlyusedforeddycurrentinspection，ultrasonicinspection。tubeplugging，TVinspectionofsurfaceconditions

4、andSOOn．Ithasgreatsignificanoebnimprovingworkingconditionsandincreasingtheautomationlevel．Firstly，theauthorsystematicallyoverviewsthedevelopmentsituationofthemaintenance＆inspectionrobotabroad．ThroughthestudyoftheAmericanrobot一一ROSAIII，theKHVtransmiSE：ionmechanismhasbeendesigned．Itim

5、plementsperfectintegrationofmotor，reducerandresolverSOthatitachievesthedesigngoalofsmallcubageWlthgreatloadcarryingability．Accordingtodegreesoffreedomdistributionandmechanismoftherobot，thekinematicsanddynamicsareanalyzed．Thekinematicsmodeiisestablishedbythehomogeneouscoordinatetrans

6、formation．PieperalgorithmiSchosentoimplementtheinversekinematiCS．ThedynamiCSoftherobotiSsimulatedbytheSimMechanicsmoduleofMATLAB．Thekinematicsanddvhamicsapethetheoreticbaseofrobotcontrolandtrajectoryplanning．Aimingatthetechnologyrequestandspecialworkingcondition，thejointservosystemb

7、asedonTurboPMACandPCiSdesigned．Thehardwareconfigurationofthejointservosystemisestablished，onwhichsometestSarecompleted．Themodelofjointservosystemonthemaintenance＆inspectionrobothasbeenestablishedandanalyzed，GeneralPIg，feedfar％,ardPIBandexpertPIDareintroduced，espeeiallyontheaspectsof

8、theory，simulationba