大跨度重负载桁架机器人双驱动横梁同步与抑振控制研究

摘要

随着轮胎行业的迅速发展，对轮胎搬运分拣的准确性和效率提出了更高的要求。为提高自动化水平，桁架机器人得到了更加广泛的应用。但为获得大的跨度和驱动力，桁架机器人横梁通常采用两端分别驱动的方式，这就产生了同步控制问题；而且在双驱动横梁到达指定点后的残余振动也严重降低机器人的使用效率。这些问题的出现给桁架机器人的控制算法提出了新的挑战。
　　针对这些问题，本文以自主开发的桁架式轮胎搬运机器人为研究对象，开展了大跨度重负载桁架机器人双驱动横梁同步及抑振控制研究。提出了一种具有力矩补偿的偏差耦合模糊滑模同步控制方法，设计了一种具有时变性的输入整形器，并对横梁运动进行非对称S型轨迹规划，最后搭建了基于EtherCAT现场总线的实验控制平台，从而对理论分析进行实验验证。
　　首先，分析了桁架机器人双驱动横梁的结构特点，在考虑减速器柔性及轮轨接触特点的基础上建立了桁架机器人双驱动横梁的动力学模型；并利用 ADAMS建立了双驱动横梁的虚拟样机模型，通过仿真验证动力学模型的准确性。
　　其次，针对大跨度重负载双驱动横梁需求系统具有抗干扰能力强，响应迅速等要求，结合其模型特点，提出了一种基于偏差耦合的模糊滑模控制算法，并引入力矩补偿的方式来减小因悬臂梁运动对横梁同步性能的影响。仿真结果表明，该控制算法具有响应速度快、超调量小、鲁棒性强等特点。
　　再次，分析了双驱动横梁与悬臂梁耦合系统的固有频率随质量比与位置比的变化关系，提出了具有时变性的输入整形器来抑制横梁到达指定位置的残余振动。并从轨迹规划的角度，设计了非对称 S型曲线，使横梁运动具有高加速启动和低加速定位的能力，从而抑制横梁的残余振动。
　　最后，搭建了基于EtherCAT现场总线的桁架机器人运动控制实验平台，开展了大跨度重负载桁架机器人双驱动横梁的同步与抑振控制实验研究。实验结果表明，相比于传统同步控制方法，本文提出的同步控制算法能够有效减少横梁两端同步误差，使同步误差精度达到11.6mm，重复定位精度达?0.4mm；时变的输入整形器与非对称 S型轨迹规划，对横梁的残余振动起到了明显的抑制作用，使残余振动从需要3s消除最大振幅2.6 mm的振动，抑制到仅需0.5s即到达稳定位置且最大振幅为0.6 mm的振动。综上，说明本文提出的同步与抑振控制方法的有效性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源

1.4 本文主要研究内容

第2章 桁架机器人双驱动横梁动力学建模

2.1 引言

2.2 桁架机器人双驱动横梁动力学建模

2.3 桁架机器人双驱动横梁动力学仿真及分析

2.4 本章小结

第3章 桁架机器人双驱动横梁同步控制方法

3.1 引言

3.2 桁架机器人双驱动横梁极限行程差分析

3.3双驱动横梁同步控制

3.4 抑制轮轨接触打滑研究

3.5 本章小结

第4章 桁架机器人双驱动横梁残余振动抑制方法

4.1 引言

4.2 桁架机器人双驱动横梁固有频率分析

4.3 输入整形器设计

4.4 双驱动横梁非对称S型速度曲线规划

4.5 本章小结

第5章 双驱动横梁同步及残余振动抑制实验研究

5.1 引言

5.2 桁架机器人实验系统组成

5.3 桁架机器人双驱动横梁同步控制实验

5.4 残余振动抑制实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢