平面二自由度机器人的运动控制系统研究

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本论文根据山东省科技厅资助项目“废纸杂质自动分拣机器人研发与应用”的流水线分拣应用要求设计了一种新型的平面并联机器人并获得国家发明专利。该并联机器人运动部分由多连杆组成,端拾器与基座通过连杆形成环状闭链约束,并且伺服电机以及减速器全部在基座上,使其运动惯量低,刚性强,负载能力大,运动速度快。本文提出的并联机器人具有比目前串联机器人更简单的控制算法,通过机械的方式完成两关节空间伺服电机的运动学解耦。本文首先详细叙述了具有发明专利的新型新型平面机器人的结构。然后依据该结构分析了该分拣机器人的运动学正解以及逆解,从位置上建立了端拾器从笛卡尔坐标到关节空间坐标的对应关系。并且推导了分拣机器人的速度雅克比矩阵以及其逆雅克比矩阵计算方法,建立了端拾器在笛卡尔空间到关节空间的速度映射关系。并根据雅克比矩阵的奇异性,分析了分拣机器人工作空间的奇异点情况。根据建立的运动学模型研究了新型平面机器人的轨迹规划方法,并对多项式规划,梯形速度曲线规划、双S曲线规划的优缺点进行对比。然后从一维轨迹规划扩展到平面二维轨迹规划,最终根据新型平面机器人的要求规划出了常规作业梯形速度曲线门型轨迹。然后根据新型平面机器人的应用需求对运动控制系统部件进行选型,并且基于固高科技的CPAC编程环境编写了分拣机器人上位运动控制程序,以及人机交互界面。在伺服驱动参数整定方面,对伺服电机进行系统建模分析,从永磁同步伺服电机数学建模、矢量控制算法建模到伺服驱动串级控制模型。并根据建好的数学模型依据西门子二阶最优系统以及典型Ⅰ型系统、典型Ⅱ型系统进行校正。并对校正后的系统使用matlab进行了仿真分析。为将来进一步研究该新型平面机械手的动力学模型打下基础。最后通过matlab仿真验证了轨迹规划,以及伺服驱动参数跟随机械手位置变化的必要性。
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