双重驱动高速高精度机器人实验系统及控制方法研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着机器人应用领域的不断扩大，人们对机器人性能指标的要求越来越高。追求机器人的高速度，高精度，同时还要求其工作范围大、成本低等。目前双重驱动技术被认为是解决上述问题的一种有效策略。双重驱动技术综合了主动抑振技术和宏微驱动技术的各自优点，是解决机器人系统定位过程中大行程、高速度和高精度之间矛盾的新途径。同传统机器人系统相比，双重驱动机器人系统具有位移行程大、响应速度快、定位精度高、频响高等优点，在分析了国内外有关双重驱动技术的基础上，本文结合直线电机直接驱动和压电陶瓷微定位系统的各自优点，研制了一套双重驱动高速高精度机器人实验系统。该系统采

2、用直线电机作为系统的宏动部分，这样可最大限度地消除由机械传动机构的误差、摩擦以及爬行现象带来的定位误差，使宏动部分本身就具有很高的精度和速度，再由压电陶瓷驱动的微定位系统对其进行残留位置误差补偿，实现快速精密定位，系统采用精密光栅尺作为全闭环位置反馈。同时本文对双重驱动机器人系统的一些关键技术进行了深入研究。在分析了宏动系统和微动系统的数学模型的基础上，建立了双重驱动系统简化的动力学模型。在控制方法研究方面，根据系统中宏动部分和微动部分的各自特点，宏动系统采用前馈补偿和反馈控制相结合的复合控制结构，微定位系统采用模糊推理自校正PID控制器。最后进行了系统的实验研究，通过对

3、大量实验结果的对比和分析，验证了双重驱动技术在解决机器人实现大行程、高速、高精度方面的可行性和优势。在实验中总结了一些经验，为双重驱动技术的进一步应用打下了良好基础。关键词双重驱动;高速高精度:压电陶瓷;直线电机哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththecontinuousexpansionofapplicationfieldsofrobotics,thereistheneedforroboticsystemstobehighspeed,highprecision,aswellaswideoperatingrangeandlowercost,dual-d

4、riventechniqueisdeemedasaefficientstrategytoachievethosegoals.Thedual-driventechniquecombinesadvantagesofthevibrationcontroltechniqueandmacro-microactuatingtechniquerespectively,thusprovidesanewwaytoresolvethecontradictionofhighspeedandhighprecisionthatconfrontscurrentroboticsystems.Compa

5、redwithtraditionalroboticsystems,thedual-drivenroboticsystemshaveuniqueadvantages,suchaslargeoperationspace,highresponseandhighprecisionpositioningcapabilitiesetc.Onthebasisofcomprehensiveanalysisaboutdual-driventechniquedomesticandabroad,thispaperpresentsadual-drivenroboticsystemthatisco

6、mposedoflinearmotorandpiezoelectricactuator.Thelinearmotorcanachieverelativelyhighprecisionandhighspeeditself,thuscanmakemaximalreductionofthepositioningerrorsthatcouldbecausedbythetransmissionmechanism.Otherwise,thepiezoelectricactuatorisdriventocompensateresidualpositioningerrortoachiev

7、ehigherprecision.Thepositioningsystemusesapreciselinearencoderasthefeedbackelementoftheclosed-loopsystemtoensureglobalprecision.Theauthordoesathoroughresearchworkaboutthekeytechniquesusedinthedual-drivenroboticsystems.Firstly,Thispaperintroducesdynamicmodelofthedual