CINCINNATI工业机器人力/位混合控制的研究

摘要

随着科技的日益发展，机器人技术在许多行业得到了更加广泛的应用，与此同时，对机器人性能的要求也大大提高。对于在复杂的任务中，涉及到机器人与环境或作业对象产生接触的情况下，传统的机器人位置控制已经不能满足控制要求，这就引入了力的控制。对机器人力的控制问题，已经成为对机器人控制研究的热点。
　　本文以CINCINNATI工业机器人为实体模型，以力/位混合控制理论为理论依据，以工控机、PMAC多轴运动控制器、松下交流伺服放大器、松下交流伺服电机和位置、力传感器以及数据采集卡为控制系统硬件基础，对CINCINNATI工业机器人的力/位混合控制进行研究。
　　本文首先阐述了机器人的控制理论，分析机器人控制的发展趋势，着力探讨机器人力/位混合控制理论及方法;然后，论文对CINCINNATI工业机器人的机械结构进行分析，测量其几何、运动参数，建立其运动学、静力学以及动力学方程，对其运动学方程的正、逆问题进行求解，并推导出其雅克比矩阵和力雅克比矩阵;在以上工作的基础上，论文建立CINCINNAI工业机器人的线性状态空间模型，设计其力/位混合控制器，借助于Simulink仿真软件对控制系统进行仿真和PID控制参数的调整，并分析混合控制系统的稳定性，得到稳定的控制系统;最后，论文设计了以PMAC多轴运动控制器为核心的，以工控机IPC、PMAC多轴运动控制器、松下交流伺服放大器、松下交流伺服电机和位置、力传感器为主线的控制系统硬件线路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 工业机器人概述

1．2．1 工业机器人的分类

1．2．2 工业机器人的基本组成及技术参数

1．2．3 工业机器人技术的进展

1．3 力／位混合控制的发展现状

1．3．1 力／位混合控制概念

1．3．2 力／位混合控制的发展与现状

1．3．3 力／位混合控制存在的问题

1．4 CINCINNATI工业机器人简介

1．4．1 CINCINNATI工业机器人概述

1．4．2 CINCINNATI工业机器人的技术参数

1．5 论文的选取及主要工作

1．5．1 论文的选题

1．5．2 论文的目的和意义

1．5．3 论文的主要工作

第2章 机器人力／位混合控制理论

2．1 引言

2．2 机器人控制的基本方法

2．2．1 根据控制量分类

2．2．2 根据控制算法分类

2．3 机器人力的控制

2．4 机器人力／位混合控制理论

2．4．1 力／位混合控制思想

2．4．2 力／位混合控制在作业中的控制方案

2．4．3 力／位混合控制系统结构

2．5 小结

第3章 机器人运动学方程及雅克比矩阵

3．1 引言

3．2 CINCINNATI工业机器人运动学方程

3．2．1 机器人运动学方程

3．2．2 机器人运动学正问题求解

3．3 CINCINNATI工业机器人运动学逆问题

3．3．1 机器人运动学逆问题的必要性与复杂性

3．3．2 机器人的运动学逆问题求解

3．4 CINCINNATI工业机器人的雅克比矩阵

3．4．1 机器人雅克比矩阵的建立

3．4．2 机器人逆雅克比矩阵

3．4．3 机器人的奇异位置

3．5 小结

第4章 机器人动力学方程

4．1 引言

4．2 机器人静力学

4．2．1 力／力矩转换

4．2．2 广义力和力矩关系

4．3 CINCINNATI工业机器人动力学方程

4．3．1 基于拉格朗日力学的动力学方程

4．3．2 CINCINTATI工业机器人的动力学方程

4．4 小结

第5章 力／位混合控制器设计与仿真

5．1 引言

5．2 CINCINNATI工业机器人线性化空间状态方程

5．3 力／位混合控制结构

5．4 控制器设计及系统稳定性分析

5．4．1 系统稳定性概念

5．4．2 PD控制器设计

5．4．3 控制系统Simulink模型

5．5 基于Simulink的控制器参数调整与仿真

5．5．1 控制器的参数整定

5．5．2 控制系器参数调整与仿真

5．6 小结

第6章 力／位混合控制系统设计

6．1 引言

6．2 CINCINNATI工业机器人控制系统构成

6．2．1 控制决策系统部分

6．2．2 执行系统部分

6．2．3 感知系统部分

6．2．4 控制系统的连接

6．3 控制决策系统连接

6．4 执行系统连接

6．5 感知系统连接

6．6 小结

第7章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢