工業(yè)機(jī)器人在目前的工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了越來越重要的作用。隨著技術(shù)的逐年進(jìn)步,對于工業(yè)機(jī)器人的控制方式及軌跡規(guī)劃方法的要求也越來越高。但目前大多數(shù)控制器沒有考慮動力學(xué)特性,僅僅是考慮了關(guān)節(jié)層的運(yùn)動學(xué)約束,這就限制了機(jī)器人的精度與性能。本文基于實(shí)驗(yàn)室的6軸串聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了研究,主要研究了機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)建模問題,機(jī)器人的參數(shù)辨識,以及利用辨識所得機(jī)器人動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行機(jī)器人的最優(yōu)速度規(guī)劃。本文首先對當(dāng)前國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展情況進(jìn)行了概述。對串聯(lián)機(jī)器人參數(shù)辨識,機(jī)器人時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的研究現(xiàn)狀做了分析與總結(jié)。然后研究了機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)的建模問題,建立了工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型,然后使用牛頓-歐拉法建立了機(jī)器人的動力學(xué)模型。為進(jìn)行動力學(xué)參數(shù)辨識將動力學(xué)方程整理為線性形式,為后面的參數(shù)辨識打下了基礎(chǔ)。建立了機(jī)器人的動力學(xué)模型之后,使用最小參數(shù)原理將機(jī)器人的全參數(shù)轉(zhuǎn)化為最小參數(shù)的形式以用于動力學(xué)參數(shù)辨識。以辨識回歸矩陣條件數(shù)最小化作為辨識激勵(lì)軌跡的優(yōu)化指標(biāo),機(jī)構(gòu)無碰撞以及關(guān)節(jié)運(yùn)動限制為約束,獲取了了最優(yōu)辨識軌跡。采用計(jì)及物理可行性的系統(tǒng)辨識方法,在考慮物理可行的約束前提下將最小二乘問題轉(zhuǎn)換為... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

TOPP-RA算法計(jì)算流程示意圖[26]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文圖1-2整體研究方案量充滿機(jī)器人的整個(gè)運(yùn)動空間，從而可以充分激勵(lì)出機(jī)器人的動力學(xué)參數(shù)。在獲取了激勵(lì)軌跡之后需要在實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行所規(guī)劃激勵(lì)軌跡以獲取實(shí)際的傳感器數(shù)值，然后對軌跡和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后使用辨識算法進(jìn)行辨識。3.基于動力學(xué)模型的時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃在建立了機(jī)器人的動力學(xué)模型之后，即可根據(jù)機(jī)器人本身的運(yùn)動學(xué)約束以及動力學(xué)約束進(jìn)行時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃的計(jì)算。本文將采用可達(dá)性分析法來處理時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃問題，采用可達(dá)性分析的方法來處理時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃的好處在于可以將時(shí)間復(fù)雜度控制在O(Mn),其中M代表規(guī)劃過程中不等式約束的個(gè)數(shù)，n代表規(guī)劃過程中被離散化后軌跡上離散點(diǎn)的數(shù)量，根據(jù)參考文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，在一些特定條件下的計(jì)算速率可以達(dá)到原有數(shù)值積分計(jì)算方法的10倍左右。本文在基于可達(dá)性分析的速度規(guī)劃基礎(chǔ)上，采用了分段時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃的方法，使得該方法可以進(jìn)行實(shí)時(shí)速度規(guī)劃，在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用場景可以得到拓展。-8-

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文的叉積方向作為X軸方向。（3）Zi軸和Xi軸交點(diǎn)為坐標(biāo)系i的原點(diǎn);（4）右手定則確定Yi軸,Yi=ZixXi如這個(gè)規(guī)則所描述的，需要如下圖(2-1)建立工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系關(guān)系圖2-1機(jī)器人DH運(yùn)動學(xué)模型示意圖在有了以上的工業(yè)機(jī)器人剛體動力學(xué)模型之后就可以按照標(biāo)準(zhǔn)的動力學(xué)建模規(guī)則來建立工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)的MDH模型，其中建模是所使用的具體規(guī)則如下：（1）連桿長度ai1：沿著Xi1軸，從Zi1軸到Zi軸的距離；（2）連桿扭角αi1：Zi1到Zi的轉(zhuǎn)角，繞Xi1軸正向轉(zhuǎn)動為正；（3）關(guān)節(jié)距離di：Xi1到Xi的距離，沿Zi軸正向，始終為正值；（4）關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角θi:Xi1到Xi的轉(zhuǎn)角，繞Zi軸正向轉(zhuǎn)動為正。2.1.2ER3A機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型本文中所研究的ER3AC60型機(jī)器人具有6個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的串聯(lián)型機(jī)械臂，每個(gè)關(guān)節(jié)都有對應(yīng)電機(jī)及減速器提供動力。該型號機(jī)器人的最大允許負(fù)載為3kg。其每個(gè)關(guān)節(jié)由一個(gè)固高公司的GTHD-0062AEC2型伺服驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，所有關(guān)節(jié)位置指令由控制器進(jìn)行發(fā)送，驅(qū)動器和控制器之前采用EtherCAT總線進(jìn)行連接。由于驅(qū)動器和控制器之間采用的是EtherCAT總線進(jìn)行連接的，這也為后續(xù)研究中使用不同的EtherCAT主站控制器進(jìn)行軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)，甚至直接使用控制器的電流環(huán)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)提供了方便。為了標(biāo)準(zhǔn)化的描述機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)特征，采用上文中通用的Modified-DH法來描述機(jī)械臂各個(gè)連桿之間的相對位置關(guān)系，首先根據(jù)MDH的定義規(guī)則以及機(jī)器人各連桿之間的相對位置關(guān)系定義機(jī)器人各連桿的參考坐標(biāo)系。具體各連桿的參考坐標(biāo)系如圖(2-2)中所示。-10-


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