本文選題：輪軌接觸 + 偏差耦合��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著輪胎行業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)輪胎搬運(yùn)分揀的準(zhǔn)確性和效率提出了更高的要求。為提高自動(dòng)化水平,桁架機(jī)器人得到了更加廣泛的應(yīng)用。但為獲得大的跨度和驅(qū)動(dòng)力,桁架機(jī)器人橫梁通常采用兩端分別驅(qū)動(dòng)的方式,這就產(chǎn)生了同步控制問(wèn)題;而且在雙驅(qū)動(dòng)橫梁到達(dá)指定點(diǎn)后的殘余振動(dòng)也嚴(yán)重降低機(jī)器人的使用效率。這些問(wèn)題的出現(xiàn)給桁架機(jī)器人的控制算法提出了新的挑戰(zhàn)。針對(duì)這些問(wèn)題,本文以自主開(kāi)發(fā)的桁架式輪胎搬運(yùn)機(jī)器人為研究對(duì)象,開(kāi)展了大跨度重負(fù)載桁架機(jī)器人雙驅(qū)動(dòng)橫梁同步及抑振控制研究。提出了一種具有力矩補(bǔ)償?shù)钠铖詈夏：Ｍ娇刂品椒?設(shè)計(jì)了一種具有時(shí)變性的輸入整形器,并對(duì)橫梁運(yùn)動(dòng)進(jìn)行非對(duì)稱S型軌跡規(guī)劃,最后搭建了基于EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)驗(yàn)控制平臺(tái),從而對(duì)理論分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先,分析了桁架機(jī)器人雙驅(qū)動(dòng)橫梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在考慮減速器柔性及輪軌接觸特點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立了桁架機(jī)器人雙驅(qū)動(dòng)橫梁的動(dòng)力學(xué)模型;并利用ADAMS建立了雙驅(qū)動(dòng)橫梁的虛擬樣機(jī)模型,通過(guò)仿真驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。其次,針對(duì)大跨度重負(fù)載雙驅(qū)動(dòng)橫梁需求系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng),響應(yīng)迅速等要求,結(jié)合其模型特點(diǎn),提出了一種基于偏差耦合的模糊滑模控制算法,并引入力矩補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)減小因懸臂梁運(yùn)動(dòng)對(duì)橫梁同步性能的影響。仿真結(jié)果表明,該控制算法具有響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)。再次,分析了雙驅(qū)動(dòng)橫梁與懸臂梁耦合系統(tǒng)的固有頻率隨質(zhì)量比與位置比的變化關(guān)系,提出了具有時(shí)變性的輸入整形器來(lái)抑制橫梁到達(dá)指定位置的殘余振動(dòng)。并從軌跡規(guī)劃的角度,設(shè)計(jì)了非對(duì)稱S型曲線,使橫梁運(yùn)動(dòng)具有高加速啟動(dòng)和低加速定位的能力,從而抑制橫梁的殘余振動(dòng)。最后,搭建了基于EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線的桁架機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),開(kāi)展了大跨度重負(fù)載桁架機(jī)器人雙驅(qū)動(dòng)橫梁的同步與抑振控制實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)同步控制方法,本文提出的同步控制算法能夠有效減少橫梁兩端同步誤差,使同步誤差精度達(dá)到11.6mm,重復(fù)定位精度達(dá)?0.4mm;時(shí)變的輸入整形器與非對(duì)稱S型軌跡規(guī)劃,對(duì)橫梁的殘余振動(dòng)起到了明顯的抑制作用,使殘余振動(dòng)從需要3s消除最大振幅2.6mm的振動(dòng),抑制到僅需0.5s即到達(dá)穩(wěn)定位置且最大振幅為0.6mm的振動(dòng)。綜上,說(shuō)明本文提出的同步與抑振控制方法的有效性。
[Abstract]:With the rapid development of tire industry, higher requirements for accuracy and efficiency of tire handling and sorting are put forward. In order to improve the level of automation, truss robots have been more widely used. However, in order to obtain the large span and driving force, the truss robot beam is usually driven by two ends, which leads to the problem of synchronous control. The residual vibration of the double drive beam at the specified point also reduces the efficiency of the robot. These problems pose a new challenge to the control algorithm of truss robot. Aiming at these problems, this paper takes the self-developed truss tire handling robot as the research object, and carries out the research on the synchronization and vibration suppression control of the dual-drive cross-beam of the large-span and heavy-load truss robot. In this paper, a deviation coupled fuzzy sliding mode synchronous control method with torque compensation is proposed. An input shaper with time-varying property is designed, and asymmetric S-shaped trajectory planning for the beam motion is carried out. Finally, the experimental control platform based on EtherCAT fieldbus is built to verify the theoretical analysis. Firstly, the structural characteristics of dual-drive truss robot crossbeam are analyzed, and the dynamic model of dual-drive truss robot crossbeam is established on the basis of considering the reducer flexibility and wheel-rail contact characteristics. The virtual prototype model of double drive beam is established by using ADAMS, and the accuracy of the dynamic model is verified by simulation. Secondly, a fuzzy sliding mode control algorithm based on deviation coupling is proposed to meet the requirements of strong anti-interference ability and rapid response of large-span double-drive beam system with heavy load. Torque compensation is introduced to reduce the effect of cantilever motion on beam synchronization. Simulation results show that the proposed control algorithm has the advantages of fast response, small overshoot and strong robustness. Thirdly, the relationship between the natural frequency and the ratio of mass to position of the coupling system is analyzed, and a time-varying input shaper is proposed to suppress the residual vibration of the beam to the specified position. From the point of view of trajectory planning, the asymmetrical S-shaped curve is designed, which makes the beam motion have the ability of high acceleration starting and low acceleration positioning, so as to restrain the residual vibration of the beam. Finally, the experimental platform of truss robot motion control based on EtherCAT fieldbus is built, and the synchronization and vibration suppression control experiment of dual-drive cross-beam of large-span and heavy-load truss robot is carried out. The experimental results show that the proposed synchronization control algorithm can effectively reduce the synchronization error between the two ends of the beam compared with the traditional synchronization control method. The precision of synchronization error reaches 11.6 mm, and the precision of repeat positioning reaches 0.4mm. The time-varying input shaper and asymmetric S-shaped trajectory planning play an obvious role in restraining the residual vibration of the beam, and the residual vibration can be eliminated from 3s to the maximum amplitude 2.6mm vibration. The vibration with a maximum amplitude of 0.6mm is suppressed to a stable position in only 0.5 s. In summary, the effectiveness of the proposed synchronization and vibration suppression control method is demonstrated.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242.2

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本文編號(hào)：1893110