机器人力位置控制方法研究与应用

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1、摘要摘要随着科技的进步，工业机器人已广泛应用于生产自动化中，机器人在从事装配、医疗技术、抛光和擦洗等与环境有接触作业时，需要对机器人进行位置和力同时控制，来达到最佳的作业效果。数控系统是机器人技术的一种典型的应用。在现有成果基础上，本文对机器人的控制基本理论，相关技术进行了进一步研究，并搭建了一个半实物仿真系统。在此系统上进行了一系列的理论技术研究及实验。具体工作包括以下几个方面：1、针对数控系统的力位置控制实现难度大，参数调整复杂的问题，构建了一种基于QuanserQ8卡，MATLAB软件和WinCon软件的力/位置控制半实物仿真系统。以X-Y-Z三轴运动平台为被

2、控对象，对该系统中软硬件的具体构成进行了设计。2、为了提高机器人力/位置控制过程中，力传感器的动态响应品质，提高控制精度，采用最小二乘辨识方法建立了力传感器的动态数学模型，并通过设计数字动态补偿器的方法对力传感器的动态响应特性进行改进，在MATLAB软件以及实际力/位置控制中对补偿结果进行了仿真，验证了力反馈信号的响应速度得到了明显改善。3、为了解决力位置控制过程中初始运动冲击问题，采用双曲正切滤波函数构成非线性PID控制器对跟踪误差及速度进行控制处理，采用了波波夫法证明了系统的稳定性。本文通过以Z轴的恒接触力控制为目标，在Simulink软件中设计了含有位置环和力

3、环的控制器，实验结果表明该系统控制器设计合理，参数调整简单，控制效果观察直观；力传感器串联动态补偿器后的动态响应特性有了提高，力反馈信号的响应速度得到了明显的改善。通过增加滤波函数得到的非线性PID控制器，使得力位置控制初始冲击问题得到了很大的改善，并实现了无冲击的机器人力/位置控制。关键词半实物仿真模型辨识动态补偿无冲击波波夫IAbstractAbstractWiththeadvancementoftechnology,industrialrobotshavebeenwidelyusedinproductionautomation.Whenrobotsengage

4、dintheworksincontactwiththeenvironmentsuchasassembly,medicaltechnology,polishingandscrubbingoperations,therobotpositionandforceareneededtobecontrolledtoachievethebestcontroleffect.Numericalcontrolsystemisatypicalroboticsapplication.Byreferringtoagreatdealoftheavailableinformation,inthi

5、spaper,thefurtherresearchaboutbasiccontroltheoryandrelatedtechnologyofrobotwasdone，andsetupahardware-in-loopsimulationsystem.Inthissystem,aseriesoftheoreticalresearchandexperimentalweredone.Themainworkofthispaperasfollows:1、Itisdifficulttoachievetheforcepositioncontrolofthenumericalcon

6、trolsystem,andtheadjustmentoftheparametersisverycomplex.Ahardware-in-loopsimulationmethodwasdevelopedbasedonQ8cardWinConsoftwareandMATLABsoftware.X-Y-Zthree-axismotionplatformwastreatedasthecontrolobject.Thecomponentsofhardwareandsoftwareofthesystemwerepresentedindetail.2、Inordertoimpr

7、ovethedynamicresponsequalityofforcesensorandthecontrolaccuracy,least-squaresidentificationmethodwasusedtoestablishadynamicmathematicalmodeloftheforcesensor.Adigitalcompensatorwasdesignedtoimprovethedynamicresponsecharacteristicsoftheforcesensor.ThroughtheMATLABsoftwareandtheactualfor