抢喷机器人控制系统的研究

摘要

近年来，随着机器人技术的迅速发展，以及人力成本的提高，许多行业已经采用机器人作业代替人力作业。在石油行业中，抢喷机器人主要用于修井时对井喷的处理，其主要功能是当井喷发生时代替人工完成止喷阀门的转运和安装。
　　本文首先针对修井时抢喷机器人工作过程中的稳定性，实现了在保证自身稳定性的基础上通过模糊控制器对外力的振动影响进行减弱处理的方案。对于自身稳定性的实现，是利用S型速度曲线对机器人轨迹进行速度拟合，使运动过程中无加速度突变的现象，从而保证无外力时自身的稳定性。对于主动减振的实现，是利用模糊控制技术使机器人根据实际转矩与标定转矩的误差改变输出加速度，产生与振动方向相反的力效果，从而实现弱化外力的影响。
　　其次，针对修井时井喷现场环境不利于传感器工作，不利于采集准确的电机输出转矩值的问题，使用导出的伺服电机实时电流值来代替输出转矩，将通过伺服驱动器串口导出的实时电流值经A/D模块转换成数字信号后再传输给PLC。以正常工作时的电流为标定值，将实时电流值与标定电流值的差值代替转矩差作为控制系统输入信号。
　　最后，为实现控制算法，本文采用了PC-PLC的系统结构，下位PLC完成基本工作的任务，上位IPC完成轨迹规划和控制算法运算的任务，两者通过串口实现数据交换，下位机将控制系统输入信号传输给上位机，上位机将计算得到的电机控制信号传输给下位机。

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第一章 绪论

1.1抢喷机器人研究现状

1.2混联机器人的研究现状及发展趋势

1.3智能控制及控制器的研究现状

1.4机器人运动学及轨迹规划研究现状

1.5论文的背景和意义

1.6论文的内容

第二章 控制系统的设计

2.1抢喷机器人的结构

2.2控制系统结构的设计

2.3 控制系统硬件的选择

第三章 机器人运动轨迹规划

3.1 抢喷机器人的结构介绍

3.2 运动学分析

3.3机器人基于最优时间的路径规划

3.4 路径节点间的轨迹规划

3.5本章小结

第四章 基于模糊PID的冲击减振控制器设计

4.1模糊控制理论

4.2 主动减振

4.3 模糊控制器的设计

4.3 模糊输入输出查询表

4.4模糊控制器的MATLAB仿真

4.5本章小结

第五章 控制系统的软件的设计

5.1计算机与PLC的通信

5.2下位机PLC的程序设计

5.3人机交互程序的设计

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录

致谢