宏微双重驱动器人柔性手臂实验系统及控制策略研究.pdf

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1、摘要傲器人柔性手臂具有诸多机器人刚性手臂无法比拟的优点:重童轻、响应速度快、负载率高、功耗低、可以有效地减小机器人与环境接触过程中因碰撞引起的设备损坏。但机器人柔性手臂也不是完美无缺的，正是因为机器人柔性手劈自身豹低刚度"蚌在高速运动时不可避免地产生振动，因而延长了定位时间，影响了精度夕本文围绕着如何抑制机器人柔性手臂振动，提高机器人柔性手胃的梢度进行了实验系统设计、动力学建模、位置控制、力控制和智能控制等一系列的研究工作。本文在深入了解国内外机器人柔性手臂研究的墓础上，提出了采用宏/徽结合双重驱动的方案建立机器人柔性手臂的实验系统.修系统采用伺服电机作为宏

2、驱动器，驱动机器人柔性手仲进行宏动控制或宏力独制;采用压电肉瓷作为微驱动器和振动控制器，主动抑制机器人柔性手臂在高速运动时产生的振动，同时驱动柔性手臂实现高精度位置漱迹控制或力控制。将压电陶瓷驱动器和应变片粘贴在柔性手特上，在提高机器人柔性手臂刚度的同时，使柔性手臂具有驱动和感知功能，充分体现了机构、驱动、检测一体化的设计思想.压电陶瓷驱动器作为机/电换能器件，具有体积小，结构紧凑，易在机构上布置、高频响、低功耗等优点，因而在微动控制和振动控制中得到重要应用扩本文推导了基于双压电陶瓷驱动器的智能柔性手臂动力学方程，研究了智能柔性手借的迟滞和蟠变特性，为实现机

3、器人柔性手臂的高精度控制提供理论依据。动力学建模是机器人柔性手臂研究的重要内容之一，是研究机器人柔手臂控制的基础一禾文分别分析了机器人柔性手臂在压电陶瓷驱动器和伺服电机控制下的动力学特性，建立了动力学方程.提出了采用仿人智能PID控制方法对由伺服电机和压电陶瓷驱动器构成的机器人柔性手臂实验系统进行高精度位2控制.该方法有效地绕开了建立基于伺服电机和压电陶瓷驱动器的机器人柔性手臂复杂数学模型的障碍。实验结果证明了我们提出的采用宏/微双重驱动结合驱动机器人柔性手臂实现高速、高精度位置控制方法的可行性和有效性.力控制是机器人研究的重要内容之一，力控制也是机器人感知

4、、适应外部环境的主要手段之一，因此无论是对增强机器人的工作能力，拓展其应用领域，还是对机器人学自身的发展，关于力控制方面的研究都是非常必要的.r我们研究了机器人柔性手臂的力控制模型，提出了采用伺服电机进行宏力驱动，压电陶瓷驱动器进行微力补偿的机器人柔性手健高箱度力控制方案.设计了基于Fuzzy-Pm精度分段控制策略的宏I微高精度力控制器。实验结果证明了控制方法的有效性.肿经网络控制是机器人柔性手竹应用研究的重要技术基础，对于机器人柔性手粉的实用化和智能化具有重要意义.;本文研究了机器人柔性手胃的智能控哈尔滨工业大学工学博士学位论文制方法，设计了神经元自适应P

5、D:)力控制器和FCMAC(FuzzyCerebellarModelArticulationController)神经网络位置控制于神经元自适应PID的机器人柔性手臂力控制器无需辨识过程参数、算法、实时性好、对各种工作环境都有较强的适应能力。FCMAC神经网络控制器具有很强的自学习、自适应能力，能自动适应柔性手臂负载的变化调整输出，该控制器能有效地抑制柔性手臂的振动实现精密定位。实验结果表明神经元自适应PID控制器和FCMAC神经网络控制器可有效地用于机器人柔性手臂的控制。机器人柔性手臂是机器人领域研究的热点问题幼本文提出的宏rl}双重驱动的机器人柔性手臂设

6、计方法为设计高速、高效、高精度、低功耗机器人手臂提供了一个切实可行设计方案，本文的研究工作将机器人柔性手臂向工程化、实用化又推进了一步。关键词机器人;柔性手臂;压电陶瓷;双重驱动;智能控制一一-一一-一一一Abstract一一一—AbstractTheroboticflexiblemanipulatorhasmanyadvantagesthattheroboticrigidmanipulatorlacks:lowrigidity,lowweight,fastresponse,highloadrate,lowpowerwaste/consumption,low

7、probabilityofdamageduringthecontactoftherobotandtheenvironment(lessbumping).However,theroboticflexiblemanipulatorisnotperfect.Exactlybecauseofitslowrigidity,theroboticflexiblemanipulator,wheninhigh-speedmotion,unavoidablyvibrates,whichprolongsthelocationtimeandthusafectsitsprecisio

8、n.Thisthesis,centeredonthe