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新型5自由度混联机器人控制系统开发

作　者: 潘伯钊
导　师: 宋轶民; 王淑旺
学　校: 天津大学
专　业: 机械工程
关键词: 混联机器人控制系统开发双电机消隙零点标定
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
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内容摘要

本文密切结合国家航空制造业对飞机结构件自动制孔装备的重要需求，以新型5自由度混联机器人EXE-M为对象，深入研究其控制系统的核心关键技术，内容涉及机器人位置分析、控制系统开发、双电机驱动消隙控制和快速零点标定等。本文主要研究成果如下：1.在建立EXE-M机器人位置分析模型的基础上，采用数值迭代方法构建其并联模块(3-SPR机构)的位置正、逆解算法，进而采用循环搜索法得到串联转头的位置逆解，最终实现了5自由度混联机器人的位置分析。2.以IPC+PMAC为核心，搭建EXE-M机器人控制系统的硬件平台，设计出控制系统软件逻辑架构，并编写了核心控制功能软件；在C++编译环境下，对位置逆解算法的迭代终止条件、搜索区间、步长和执行代码实施优化，大幅提高执行效率，满足了控制系统对位置逆解算法的实时性要求；根据双电机驱动消隙原理，运用PMAC内嵌伺服环交叉耦合功能，完成了齿轮齿条传动长行程直线运动单元的高精度定位控制功能开发。3.提出该新型混联机器人的快速零点标定方法。建立了3-SPR机构的误差映射模型，分析各支链零点误差对动平台位置误差的影响规律；提出了兼顾辨识精度、鲁棒性及标定效率的最优测点选取规则，进而建立基于激光跟踪仪的并联模块零点误差辨识模型。辨识仿真结果表明，该零点标定方法简便高效。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-16
  1.1 研究背景和意义  7-10
  1.2 国内外研究状况  10-14
    1.2.1 位置分析  10-11
    1.2.2 控制系统  11-12
    1.2.3 双电机驱动消隙技术  12-14
    1.2.4 机器人零点标定技术  14
  1.3 主要研究内容  14-16
第二章位置分析  16-24
  2.1 引言  16
  2.2 位置逆解  16-21
    2.2.1 机构描述  16
    2.2.2 并联模块位置逆解  16-19
    2.2.3 串联转头位置逆解  19-21
  2.3 位置正解  21-22
    2.3.1 并联模块位置正解  21-22
    2.3.2 串联转头位置正解  22
  2.4 小结  22-24
第三章控制系统开发  24-50
  3.1 引言  24
  3.2 基于“工控机+运动控制器”的控制系统结构  24-25
  3.3 硬件平台总体结构  25-29
    3.3.1 控制核心模块  26-27
    3.3.2 伺服控制模块  27-28
    3.3.3 数字逻辑控制模块  28-29
    3.3.4 PMAC 与 IPC 的通讯接口模块  29
  3.4 控制软件开发  29-35
    3.4.1 控制系统软件平台设计  29-31
    3.4.2 数控操作面板设计  31-33
    3.4.3 控制系统的核心功能  33-35
  3.5 位置逆解算法优化  35-44
    3.5.1 逆解算法中参数的优化  36-41
    3.5.2 算法的程序代码的优化  41-43
    3.5.3 仿真计算  43-44
  3.6 双电机驱动消隙技术  44-49
    3.6.1 双电机驱动消隙原理  44-46
    3.6.2 双电机驱动消隙技术  46-48
    3.6.3 双电机驱动消隙实验  48-49
  3.7 小结  49-50
第四章快速零点标定  50-58
  4.1 引言  50
  4.2 零点误差分析  50-53
    4.2.1 零点误差映射模型的建立  50-52
    4.2.2 零点误差分析  52-53
  4.3 零点误差辨识  53-55
    4.3.1 基于激光跟踪仪的零点误差辨识模型  53-54
    4.3.2 标定测点规划  54-55
  4.4 算例仿真  55-56
  4.5 小结  56-58
第五章全文结论与工作展望  58-60
  5.1 全文结论  58-59
  5.2 工作展望  59-60
参考文献  60-63
发表论文和参加科研情况说明  63-64
致谢  64

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