目前,工業(yè)機(jī)器人正朝著輕量化、高精度和高效率等方向發(fā)展,機(jī)器人關(guān)節(jié)柔性帶來的影響越來越明顯,并且由于關(guān)節(jié)柔性的存在可能也會(huì)使關(guān)節(jié)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)角與理想轉(zhuǎn)角之間產(chǎn)生一定的差異,從而對(duì)機(jī)器人的末端軌跡產(chǎn)生影響,導(dǎo)致機(jī)器人末端的抖動(dòng),因此對(duì)考慮關(guān)節(jié)柔性的動(dòng)力學(xué)建模與振動(dòng)控制是非常必要且有意義的。論文在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51675306)深圳市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(JCYJ20190812170811682)的支持下,針對(duì)珞石公司型號(hào)為XB7L的六自由度工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行過程中末端會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)問題,在剛體動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,計(jì)及機(jī)器人系統(tǒng)中柔性因素的影響,建立了考慮關(guān)節(jié)柔性的六自由度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型。在動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析,研究不同系統(tǒng)參數(shù)對(duì)機(jī)器人末端法蘭抖動(dòng)的影響,分析影響機(jī)器人末端抖動(dòng)的主要因素,最終對(duì)機(jī)器人的控制策略進(jìn)行研究。首先,本文采用Kane方法建立考慮關(guān)節(jié)柔性的六自由度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型,使用Spong模型模擬關(guān)節(jié)柔性,建立關(guān)節(jié)柔性的動(dòng)力學(xué)模型;考慮關(guān)節(jié)柔性的六自由度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程為偏微分方程,通過數(shù)值算法Newmark-β方法動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解,并利用Adams仿真驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。其次,對(duì)XB7L機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性分析。在考慮關(guān)節(jié)柔性的六自由度動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,研究關(guān)節(jié)剛度、連桿質(zhì)量以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)XB7L機(jī)器人實(shí)際輸出轉(zhuǎn)角與末端軌跡的影響;仿真XB7L機(jī)器人末端抖動(dòng)較為嚴(yán)重的實(shí)際工況,分析影響機(jī)器人末端抖動(dòng)的主要因素;利用有限元進(jìn)行模態(tài)仿真分析其固有頻率等動(dòng)力學(xué)特性,并進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證其動(dòng)力學(xué)特性。最后,對(duì)XB7L機(jī)器人的末端抖動(dòng)抑制進(jìn)行研究。XB7L機(jī)器人自身的控制算法為基于重力補(bǔ)償?shù)腜D控制,本文對(duì)獨(dú)立的PD控制方法和基于重力補(bǔ)償?shù)腜D控制方法進(jìn)行研究。由于其機(jī)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(xiàng)很難精確確定,因此當(dāng)實(shí)際輸出位移與理想輸出位移產(chǎn)生誤差時(shí),重力估計(jì)值可能不能進(jìn)行準(zhǔn)確補(bǔ)償,由此導(dǎo)致機(jī)器人的末端抖動(dòng)。本文對(duì)不同PD參數(shù)基于獨(dú)立PD控制下機(jī)器人實(shí)際輸出軌跡進(jìn)行研究,比較不同比例微分參數(shù)對(duì)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(bǔ)償?shù)那闆r下也能保證實(shí)際輸出位移與理想輸出位移保持一致,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)XB7L機(jī)器人末端抖動(dòng)的抑制,并進(jìn)行軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)研究,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法對(duì)XB7L機(jī)器人末端抖動(dòng)抑制的有效性。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
        1.2.1 柔性關(guān)節(jié)機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀
        1.2.2 柔性關(guān)節(jié)機(jī)器人的建模方法
        1.2.3 柔性關(guān)節(jié)機(jī)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?jī)?nèi)容
第2章 六自由度工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模
    2.1 引言
    2.2 XB7L機(jī)器人概述
    2.3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        2.3.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
        2.3.2 XB7L運(yùn)動(dòng)學(xué)模型仿真驗(yàn)證
    2.4 關(guān)節(jié)柔性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模
        2.4.1 柔性關(guān)節(jié)機(jī)器人的模型簡(jiǎn)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(dòng)力
        2.4.5 系統(tǒng)的Kane方程
    2.5 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型數(shù)值求解
    2.6 Xb7L機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型仿真驗(yàn)證
    2.7 本章小節(jié)
第3章 XB7L機(jī)器人動(dòng)力學(xué)特性分析
    3.1 引言
    3.2 系統(tǒng)參數(shù)對(duì)XB7L動(dòng)力學(xué)特性的影響
        3.2.1 關(guān)節(jié)剛度對(duì)電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)角的影響
        3.2.2 關(guān)節(jié)剛度對(duì)機(jī)器人末端軌跡影響分析
        3.2.3 關(guān)節(jié)剛度對(duì)機(jī)器人速度影響分析
        3.2.4 質(zhì)量對(duì)機(jī)器人末端軌跡的影響
        3.2.5 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)機(jī)器人末端軌跡影響分析
    3.3 XB7L末端抖動(dòng)較為嚴(yán)重下的工況仿真
    3.4 XB7L機(jī)器人的模態(tài)仿真分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 XB7L的末端抖動(dòng)抑制
    4.1 引言
    4.2 機(jī)器人獨(dú)立PD控制
    4.3 基于重力補(bǔ)償?shù)腜D控制
        4.3.1 控制規(guī)律設(shè)計(jì)
        4.3.2 穩(wěn)定性分析
    4.4 XB7L機(jī)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(dǎo)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(jié)
第5章 XB7L機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 引言
        5.1.1 模態(tài)實(shí)驗(yàn)基本理論
        5.1.2 實(shí)驗(yàn)方法與測(cè)試系統(tǒng)
        5.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    5.2 XB7L機(jī)器人末端軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)方法
        5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.3 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 本文研究的創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 思考與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
研究生階段科研成果
研究生階段參與的科研項(xiàng)目
學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2893185