机器人技术在各个行业得到了广泛应用,已经成为自动化生产的主要组成部分。柔性机器人的动力学建模及控制器设计是机器人研究领域的前沿课题,本文设计并建造了一套3自由度柔性手臂实验平台,在此基础上,对柔性机器人的动力学建模以及控制技术进行了研究。 论文中首先分析了实现柔性手臂实验平台的方案,提出并设计了一种四杆机构做为柔性手臂的机械结构,采用了全数字交流伺服系统经谐波减速器驱动柔性手臂的驱动方案,提出了适合柔性机器人控制和二次开发的开放式控制器体系结构,确定了“PC+基于DSP的运动控制卡”的控制方案。基于该方案,选择了以工业计算机和PMAC运动控制卡组成的柔性手臂控制系统,实现了以电流、速度为内环,位置为外环的三层半闭环控制。 以上述硬件平台为对象,分别建立了球面坐标和笛卡儿坐标下的柔性手臂运动学方程,求出了其运动学方程的正、逆解,实现了PTP和CP两种轨迹插补算法。 采用集中质量模型建立了柔性手臂的动力学方程及其Simulink模型,利用Simulink模型仿真分析了库仑摩擦力、电机转子惯量和齿轮减速比对系统性能的影响。 研究了PMAC运动控制卡的PID参数和陷波滤波器参数对柔性手臂动态性能的影响,利用PComm32函数实现了计算机和运动控制卡之间的通讯,采用面向对象技术和模块化思想设计了界面友好的控制软件。 本文设计的四杆机构用来传递电机到手臂端部的运动,可有效简化手臂的动力学建模;设计的控制器具有开放式结构,便于集成其它外围设备,并可以作为一个良好的机器人控制算法实验平台;本文所采用的柔性手臂的动力学建模方法,可以用来为任何一种质量集中的柔性手臂建模。 该系统及其实验平台的完成,可以很好的展示工业机器人的结构、工作原理和工作过程,并可进行柔性手臂的动力学建模方法以及新的控制策略的研究。