scara机器人系统设计与防撞算法研究

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1、硕士学位论文SCARA机器人系统设计与防撞算法研究SYSTEMDESIGNANDANTI-COLLISIONALGORITHMRESEARCHOFSCARAROBOT李吉雨哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文SCARA机器人系统设计与防撞算法研究硕士研究生：李吉雨导师：胡泓教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex

2、:TP242.2U.D.C:621DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringSYSTEMDESIGNANDANTI-COLLISIONALGORITHMRESEARCHOFSCARAROBOTCandidate：LiJiyuSupervisor：Prof.HuHongAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：Shenzhen

3、GraduateSchoolDateofDefence：December,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着自动化进程的不断推进，机器人在工业生产中的应用越来越多，本文对工业机器人的研究发展现状进行分析，设计一款内部走线的倒装SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm）机器人，建立机器人运动学和动力学模型，并且针对机器人应用中的安全问题，提出一种基

4、于机器人动力学模型的无传感器防撞策略，对涉及到的参数辨识、信号处理技术进行研究。机器人系统设计包括机械系统设计与电气控制系统。机械系统设计包括机械臂与滚珠丝杠的结构设计，减速器的选型。电气控制系统设计包括电机、驱动器、控制器选型，电控箱启动电路与保护电路设计、线路布置等。运动学建模应用D-H模型建立SCARA机器人的关节坐标系，求解运动学正反解、坐标速度、加速度及其逆解；运用拉格朗日法建立机器人动力学方程，并针对SCARA机器人给出详细的推导过程。关节摩擦力是机器人的运动状态的重要影响因素，本文分析了几种常见的关节摩擦

5、模型。当机器人模型确定后，运用参数辨识的方法求解模型参数。给定机器人的运动激励轨迹，通过采样获得机器人运动状态、关节力矩信号，则参数辨识问题就转化为求解动力学参数最优解的数学问题。从计算精度、收敛速度等方面综合考虑最小二乘法为比较理想的方式。系统动力学参数已知时，给定运动轨迹即可通过运动学方程求得维持运动所需要力的理论值，电机实际输出力可以通过采样获得，当两者差值较大时可以判断机器人处于非正常状态，其可能由于设备故障或碰撞引起，无论那种原因都应采取措施。实际情况下，模型误差、参数辨识误差、负载的变化都会引起理论关节力矩

6、计算的不准确，因此需要通过自适应算法消除这些因素的影响。对于以上理论分析，进行实验验证，实验表明机器人控制器可以准确检测到机器人与外界环境的碰撞，并且做出相应应急措施，避免事故的发生，模型误差在5%以内，反应周期为10ms。同时通过采样电机功率比获得关节力矩，在不增加硬件成本的前提下，在人机协同工作时保证人员和设备的安全。关键词：工业机器人；运动学；动力学；参数辨识；安全防撞I万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththeadvancementofautomation,robotisbeingi

7、ncresinglyappliedtotheindustrialproduction.Thedissertationanalyzesthecurrentdevelopmentofindustrialrobots,designaflipSCARArobotwithinternalwiring.Basedonrobotdynamicsmodel,anon-sensorsafetycollisionavoidancestrategyispresentedtosolvethesecurityproblemofrobotandh

8、umancooperativework.Theparametersidentificationandsignalprocessingtechnologyarestudiedindetail.Therobothardwareiscomposedofmechanicalsystemandelectriccontrolsystem.Th