目前,工業(yè)機器人正朝著輕量化、高精度和高效率等方向發(fā)展,機器人關節(jié)柔性帶來的影響越來越明顯,并且由于關節(jié)柔性的存在可能也會使關節(jié)的實際輸出轉角與理想轉角之間產(chǎn)生一定的差異,從而對機器人的末端軌跡產(chǎn)生影響,導致機器人末端的抖動,因此對考慮關節(jié)柔性的動力學建模與振動控制是非常必要且有意義的。論文在國家自然科學基金面上項目(51675306)深圳市自然科學基金面上項目(JCYJ20190812170811682)的支持下,針對珞石公司型號為XB7L的六自由度工業(yè)機器人在運行過程中末端會產(chǎn)生抖動問題,在剛體動力學模型的基礎上,計及機器人系統(tǒng)中柔性因素的影響,建立了考慮關節(jié)柔性的六自由度機器人動力學模型。在動力學模型的基礎上,對其動力學特性進行分析,研究不同系統(tǒng)參數(shù)對機器人末端法蘭抖動的影響,分析影響機器人末端抖動的主要因素,最終對機器人的控制策略進行研究。首先,本文采用Kane方法建立考慮關節(jié)柔性的六自由度機器人動力學模型,使用Spong模型模擬關節(jié)柔性,建立關節(jié)柔性的動力學模型;考慮關節(jié)柔性的六自由度機器人動力學方程為偏微分方程,通過數(shù)值算法Newmark-β方法動力學方程進行求解,并利用Adams仿真驗證動力學模型的準確性。其次,對XB7L機器人進行動力學特性分析。在考慮關節(jié)柔性的六自由度動力學模型的基礎上,研究關節(jié)剛度、連桿質量以及轉動慣量對XB7L機器人實際輸出轉角與末端軌跡的影響;仿真XB7L機器人末端抖動較為嚴重的實際工況,分析影響機器人末端抖動的主要因素;利用有限元進行模態(tài)仿真分析其固有頻率等動力學特性,并進行模態(tài)實驗,驗證其動力學特性。最后,對XB7L機器人的末端抖動抑制進行研究。XB7L機器人自身的控制算法為基于重力補償?shù)腜D控制,本文對獨立的PD控制方法和基于重力補償?shù)腜D控制方法進行研究。由于其機器人在不同姿態(tài)及外力作用下不確定性因素較多,重力項很難精確確定,因此當實際輸出位移與理想輸出位移產(chǎn)生誤差時,重力估計值可能不能進行準確補償,由此導致機器人的末端抖動。本文對不同PD參數(shù)基于獨立PD控制下機器人實際輸出軌跡進行研究,比較不同比例微分參數(shù)對輸出位移的影響規(guī)律,從而得到合適的比例微分參數(shù),使其在沒有重力補償?shù)那闆r下也能保證實際輸出位移與理想輸出位移保持一致,從而實現(xiàn)對XB7L機器人末端抖動的抑制,并進行軌跡跟蹤實驗研究,通過實驗驗證了該方法對XB7L機器人末端抖動抑制的有效性。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TP242.2
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
        1.2.1 柔性關節(jié)機器人應用現(xiàn)狀
        1.2.2 柔性關節(jié)機器人的建模方法
        1.2.3 柔性關節(jié)機器人的控制方法
    1.3 課題目的及研究意義
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 六自由度工業(yè)機器人的動力學建模
    2.1 引言
    2.2 XB7L機器人概述
    2.3 機器人運動學分析
        2.3.1 機器人運動學建模
        2.3.2 XB7L運動學模型仿真驗證
    2.4 關節(jié)柔性機器人動力學建模
        2.4.1 柔性關節(jié)機器人的模型簡化
        2.4.2 廣義速率的偏速度
        2.4.3 系統(tǒng)廣義慣性力
        2.4.4 系統(tǒng)廣義主動力
        2.4.5 系統(tǒng)的Kane方程
    2.5 機器人動力學模型數(shù)值求解
    2.6 Xb7L機器人動力學模型仿真驗證
    2.7 本章小節(jié)
第3章 XB7L機器人動力學特性分析
    3.1 引言
    3.2 系統(tǒng)參數(shù)對XB7L動力學特性的影響
        3.2.1 關節(jié)剛度對電機實際輸出轉角的影響
        3.2.2 關節(jié)剛度對機器人末端軌跡影響分析
        3.2.3 關節(jié)剛度對機器人速度影響分析
        3.2.4 質量對機器人末端軌跡的影響
        3.2.5 轉動慣量對機器人末端軌跡影響分析
    3.3 XB7L末端抖動較為嚴重下的工況仿真
    3.4 XB7L機器人的模態(tài)仿真分析
    3.5 本章小結
第4章 XB7L的末端抖動抑制
    4.1 引言
    4.2 機器人獨立PD控制
    4.3 基于重力補償?shù)腜D控制
        4.3.1 控制規(guī)律設計
        4.3.2 穩(wěn)定性分析
    4.4 XB7L機器人PD控制仿真
        4.4.1 創(chuàng)建輸入輸出變量及控制參數(shù)的導出
        4.4.2 建立Matlab控制模型
        4.4.3 PD參數(shù)影響規(guī)律分析
    4.5 本章小結
第5章 XB7L機器人實驗研究
    5.1 引言
        5.1.1 模態(tài)實驗基本理論
        5.1.2 實驗方法與測試系統(tǒng)
        5.1.3 實驗結果分析
    5.2 XB7L機器人末端軌跡跟蹤實驗
        5.2.1 實驗方法
        5.2.2 實驗結果
    5.3 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 本文研究的創(chuàng)新點
    6.3 思考與展望
致謝
參考文獻
研究生階段科研成果
研究生階段參與的科研項目
學位論文評閱及答辯情況表

【參考文獻】

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本文編號：2893185