论文部分内容阅读
随着自动化技术的不断进步和市场需求的不断扩大,作为机器人领域的杰出代表,工业机械臂的应用越来越广泛,作为机械臂核心模块的运动控制系统,其重要性不言而喻。各大自动化生产厂商与系统集成商的大规模投入和各国政府的政策导向,预示着针对工业机械臂及其控制系统的研究仍会进一步深入。本文以自行设计并装配完成的XIOPM六自由度机械臂作为研究对象,采用Denavit-Hartenberg标准建模方法,计算得到机械臂的D-H参数表与运动学方程,运用解析解法推导出其运动方程的逆解,基于拉格朗日功能守恒法推导出机械臂的动力学方程。在此基础上,从结构设计入手,分析论证了机械臂各项关键指标,据此完成了机械臂关键电子学部件的选型与采购,设计了以PC/IPC+运动控制器(PMAC)+驱动器+直流电机(带减速装置和编码器)为框架的电控系统。在MATLAB/Simulink中进行了多项仿真实验。采用Robotics Toolbox编程实现机械臂的运动学建模,验证了运动学正逆解,完成了关节空间的轨迹规划;在Simulink中根据各轴直流伺服电机的电气参数建立其数学模型,加入闭环PID控制器,利用pidTuner工具整定得到符合要求的三环参数;使用SimMechanics Link工具将ProE中建立的机械臂模型导入MATLAB中,采用随机数输入的方法得到机械臂工作空间,随后将设计好的直流电机控制模型作为机械臂模型各关节的驱动输入,自行设计简单的GUI控制界面,对机械臂进行更为真实的可视化仿真。各项仿真实验均得到较为理想的效果,可以为机械臂的实际调试提供理论依据,具有较高的参考价值。配置好各驱动器和PMAC参数并与PC通讯正常后,对机械臂的单轴定位重复性进行测试,得到优于0.04mm的重复定位精度;对机械臂进行关节空间的轨迹规划,利用全站仪对机械臂末端进行定位测试,得到其重复定位精度为0.67mm,绝对定位精度为3.45mm。