【摘要】：如今,工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域,不僅能夠降低人力成本,而且還能夠提高生產(chǎn)效率。機(jī)器人軌跡跟蹤是工業(yè)機(jī)器人的重要應(yīng)用,控制器通常作為工業(yè)機(jī)器人的核心,因此,高性能的控制器對提高機(jī)器人運動精度具有重要研究意義。基于自適應(yīng)控制的跟蹤算法精度高,魯棒性好。為此,本文針對多自由度工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的軌跡跟蹤問題,探索自適應(yīng)控制算法在工業(yè)機(jī)器人軌跡跟蹤控制中的應(yīng)用。首先,分析了工業(yè)機(jī)器人的物理和空間特性,建立了工業(yè)機(jī)器人的運動學(xué)和動力學(xué)模型。應(yīng)用改進(jìn)的D-H參數(shù)法建立了多關(guān)節(jié)串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人的運動學(xué)模型,用于表達(dá)機(jī)器人的位置和姿態(tài)。然后,采用拉格朗日方程分析機(jī)器人動力學(xué),為機(jī)器人跟蹤控制建立了模型基礎(chǔ)。接下來,設(shè)計并仿真驗證了幾種自適應(yīng)軌跡跟蹤算法。包括了PD控制及其派生的自適應(yīng)參數(shù)PD控制算法等。此外,本文探究了動態(tài)面算法在機(jī)器人控制中的應(yīng)用,基于反步法反演設(shè)計的思想,實現(xiàn)了改進(jìn)的動態(tài)面控制,仿真分析表明,該方法能夠處理具有參數(shù)不確定性的非線性機(jī)器人系統(tǒng),減小了機(jī)器人強(qiáng)耦合性對軌跡跟蹤精度的負(fù)面影響。此外,機(jī)器人系統(tǒng)中的模型不確定性和外部干擾通常會對控制效果產(chǎn)生意想不到的影響。為此,下一步的重點是克服機(jī)器人控制系統(tǒng)的干擾。引入干擾觀測機(jī)制可以加快誤差收斂速度,提高軌跡的準(zhǔn)確性。因此,本文建立了一種基于非線性干擾觀測器的機(jī)器人控制系統(tǒng),將其不確定項等效為力矩的形式,從而在控制輸入處自適應(yīng)地進(jìn)行補(bǔ)償,進(jìn)而抑制未知的動態(tài)干擾。然后,本文將模糊邏輯系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器人軌跡跟蹤問題。模糊控制算法基于近似模型,不需要具體的機(jī)器人動力學(xué)模型�？紤]到工業(yè)機(jī)器人參數(shù)難以確定,本文結(jié)合動態(tài)面控制方法,提出一種自適應(yīng)模糊動態(tài)面控制方法,用模糊系統(tǒng)逼近機(jī)器人物理模型,采用自適應(yīng)模糊動態(tài)面控制方法,減小了模型參數(shù)不精確對控制系統(tǒng)的影響。相比于基于模型的控制策略以及部分參數(shù)逼近的控制策略,提出的方法對機(jī)器人模型整體逼近,最大程度上降低不確定性的影響。該算法將動態(tài)面控制器與模糊控制和Lyapunov自適應(yīng)律相結(jié)合,對未知時延進(jìn)行補(bǔ)償,快速收斂機(jī)器人軌跡跟蹤誤差。仿真驗證該控制器能夠確保閉環(huán)控制系統(tǒng)所有信號的有界性,并且可以高效地跟蹤指令軌跡。最后,針對ER10-C60型工業(yè)機(jī)器人,利用Matlab對所有控制方案進(jìn)行仿真驗證并在工業(yè)機(jī)器人平臺實驗。建立基于EtherCAT通信的伺服驅(qū)動機(jī)器人實驗平臺,由PC端發(fā)送控制指令,在ER10-C60型機(jī)器人上進(jìn)行軌跡跟蹤實驗,采集并分析各關(guān)節(jié)的位置、速度、力矩數(shù)據(jù),比較各機(jī)器人軌跡跟蹤算法在機(jī)器人平臺的實際跟蹤效果。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

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本文編號：2682203