基于PUMA560工业机器人惯量前馈技术仿真研究

摘要

随着工业机器人在各行各业的推广应用，市场对工业机器人的性能有了更高的要求，高速、高精度、智能化等特性成为工业机器人发展的方向。然而工业机器人本身就是一个复杂的机电系统，为了实现其高速、高精度运转，业界一直在做各种理论与实践研究。本文以六自由度串联工业机器人为研究对象，为了使机器人拥有高速、高精度的作业能力，在传统伺服控制的基础上，引进了惯量前馈控制技术。惯量前馈控制技术在工业机器人中的运用，是为了实现关节驱动器在驱动关节运动前匹配理想力矩值，达到调整输出力矩，实现最佳力矩输出的目的。惯量前馈控制技术能否可靠地完成控制，最重要的就是惯量前馈值的准确性。为了获得准确的惯量前馈值，本文提出了运用齐次坐标变换法对工业机器人运动学建模，运用牛顿—欧拉动力学方法对工业机器人动力学进行建模，最终建立了各个关节驱动力矩与机器人几何参数的数学模型，通过调用该模型达到惯量前馈值匹配的目的。同时，为了保证惯量前馈值匹配准确度高，本文提出了惯量参数辨识方法，保证机器人在运行过程中获得最佳惯量前馈值。
　　本文以MATLAB仿真软件SimMechanics机械仿真模块作为仿真基础，以PUMA560机器人作为仿真对象，分别建立了传统反馈伺服控制系统与前馈—反馈复合控制系统两种不同控制方法的机器人仿真模型。使机器人仿真模型在两种不同控制方法下运行相同轨迹，并运用 SimMechanics检测与驱动模块获得机器人运行时各个关节位置、力矩、功率等动态参数，通过比较两种不同控制方法下的各个动态参数变化情况，来判断这两种控制方法的控制效果。
　　通过仿真获得的数据，整理后绘制成关节位置变化曲线、关节力矩变化曲线、关节功率变化曲线等。通过曲线可知，惯量前馈控制技术使机器人拥有更高的控制精度，使机器人运行过程中拥有更好的动态特性，减少了机器人运行过程中的抖动，提高了机器人运行过程中的运行效率，节约了能源。惯量前馈技术运用在工业机器人中，可以很好的提升机器人性能，对于实际生产与制造有着重要的意义。

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第一章 绪论

1.1工业机器人研究背景

1.2国内外研究现状概况

1.3课题的研究意义与内容

1.4本章小结

第二章 工业机器人运动学

2.1机器人运动学求解

2.2 PUMA560机器人运动学建模

2.3一般工业机器人MATLAB运动学编程实现

2.4本章小结

第三章 工业机器人动力学及其惯量匹配实现

3.1机器人动力学求解

3.2机器人惯量参数匹配实现

3.3 PUMA560工业机器人动力学建模

3.4一般工业机器人MATLAB动力学编程实现

3.5本章小结

第四章 基于SimMechanics的工业机器人惯量前馈仿真

4.1工业机器人控制方法

4.2 SimMechanics仿真模块基本介绍

4.3基于SimMechanics的工业机器人仿真研究

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢