多轴机器人直接示教控制技术研究

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1、中图分类号：TP241.2论文编号：102870516-S083学科分类号：080202硕士学位论文多轴机器人直接示教控制技术研究研究生姓名李林锋学科、专业机械电子工程研究方向机电控制及其自动化指导教师游有鹏教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringTheControlTechnolog

2、yResearchofDirectTeachingonMulti-axisRobotAThesisinMechanicalandElectricalEngineeringbyLiLinfengAdvisedbyProf.YouYoupengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016南京航空航天大学硕士学位论文摘要示教是赋予机器人运动信息的过程，目前工业领域中应用最广泛

3、的仍是示教盒示教，但该示教方式操作繁琐、效率低，尤其是在需要实现复杂运动轨迹的场合。本文在直接力矩控制的方式下，通过对示教过程中机器人关节的重力矩和摩擦力矩进行实时计算并给出力矩补偿，实现了在无需关节力矩传感器条件下的直接示教功能。全文主要内容如下：1）采用直接平衡机器人关节重力矩和摩擦力矩来实现机器人的直接示教，对实现该方法的算法展开研究推导，并设计了一套重力矩和摩擦力矩测量的工程实现方案；为提高机器人操作安全性，提出了一种机器人碰撞检测方案，并通过实验对该方案进行了可行性验证。2）针对机器人运动中

4、的轨迹规划问题展开研究，包括直角坐标空间中的直线和圆弧插补算法，关节空间的线性插补和三次多项式插补，以及为改善机器人末端平稳性而引入的S型升降速控制算法。3）为提高机器人轨迹跟踪精度，开展了位置伺服算法研究。针对机器人运动中负载扰动对位置控制的影响，引入了自抗扰控制器中的扩张状态观测器对系统的总体扰动进行观测补偿，最终形成控制性能较好的PID+速度前馈+扩张状态观测器的位置控制算法，并对其控制效果进行了对比实验验证。关键词：机器人，运动控制器，直接示教，轨迹规划，位置控制i多轴机器人直接示教控制技术研

5、究ABSTRACTTeachingisaprocessthatgivesrobotsthemotioninformation.Atpresent,themostpopularrobotteachingiscarriedoutbyteachingpendantintheindustrialfield,whichturnsouttobetediousandlowefficiencyespeciallyintheneedofcomplexmotiontrajectory.Thispaper,underdir

6、ecttorquecontrolmode,calculatedthejointgravityandfrictiontorqueintheprocessofteachingandmadecompensationtothejoint,sothatthedirect-teachingoftherobotwasrealizedintheabsenceofjointsensor.Themaincontentsofthispaperareasfollows:1）Anewmethodwasusedtorealize

7、robotdirect-teachingbyreal-timecalculationandcompensationforthetorqueneededtoovercomejointgravityandfriction,andthedetailedimplementationmethodofself-measurementwasalsodesigned.Arobotcollisiondetectionschemewasalsoproposedforthesafetyofrobotoperators.2）

8、Researchonthetrajectoryplanningtechnologywascarriedout,includinglinearandarcinterpolationalgorithmintherectangularcoordinatespace,linerinterpolationandPVTinterpolationinthearticulatoryspace,aswellastheStypespeedcontrolalgorithmto