论文摘要
历经了数十年的发展,工业机器人从原本仅能完成简单的工序向着高速、高精度、稳定、自适应、自学习方向迈进。中国很早就开始了工业机器人的研究和生产,然而和国外顶尖机器人企业的同类产品相比,各项性能仍然存在差距。文章以实验室自主研发的六公斤弧焊机器人为基础,从结构和控制两方面对机器人的性能进行优化,主要内容包括:构建了精确的虚拟样机系统,完成了虚拟样机运动学和动力学建模的验证,实现了虚拟样机笛卡尔空间的轨迹规划。根据推导的考虑波动特性的机器人速度、加速度、惯性力综合性能指标编写程序,生成了机器人性能图谱,通过分析图谱完成了机器人尺寸的初步优化。虚拟样机上的仿真结果表明,尺寸优化后的机器人在速度、加速度性能上得到提高。在尺寸优化的基础上,对系统进行振动特性分析和刚度优化,通过ADAMS和ANSYS构建的刚柔耦合系统,实现了机器人模态参数的识别。本文设定了某一极限工况,分析该工况下机器人整机的振动情况和应力变化,找出了结构的薄弱点并提出了优化方案,仿真结果表明优化后系统的振幅明显下降。上述结构优化带来了机器人重量上的略微提升,本文基于虚拟样机对六个轴的电机、减速器重新进行校核,结果表明各轴电机、减速器仍然符合需求。目前很多机器人都采用TURBO PMAC2卡,TURBO PMAC2卡除了强大的运动控制功能外,还提供了用户编程区,基于此,本文融合了模糊控制、仿人智能积分算法和变论域思想等智能控制理论,以手工整定的PID参数作为初值,通过PLC编程实现了机器人系统的PID自适应控制。同时加入了速度前馈和加速度前馈,形成了前馈+模糊PID的控制策略,机器人在运动过程中的误差检测结果表明,优化后系统的轨迹精度得到了提高。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 课题来源与研究的意义1.2 弧焊机器人概述1.3 机器人仿真技术及其研究现状1.4 机器人性能评价指标1.5 模糊控制技术及其在机器人上的应用1.6 课题主要研究内容第2章 机器人系统建模与分析2.1 基于ADAMS的机器人系统建模2.2 系统运动学分析2.2.1 DH参数2.2.2 系统运动学验证2.3 系统动力学分析2.3.1 牛顿-欧拉方程2.3.2 系统动力学验证2.4 本章小结第3章 弧焊机器人性能评价指标与尺寸优化3.1 机器人性能评价指标3.1.1 速度全域性能指标3.1.2 加速度全域性能指标3.1.3 惯性力全域性能指标3.1.4 全域性能波动指标3.2 Jacobian矩阵与Hessian矩阵3.3 性能图谱分析与尺寸优化3.4 尺寸优化的仿真验证3.4.1 实验方案的确定3.4.2 虚拟样机的重构与轨迹规划3.4.3 仿真验证与结果分析3.5 本章小结第4章 振动特性测试与刚度优化4.1 刚柔耦合建模4.1.1 刚柔耦合建模的基本理论4.1.2 基于ANSYS和ADAMS的整机刚柔耦合建模4.2 振动特性测试与分析4.2.1 振动的基本理论4.2.2 模态参数的识别4.2.3 振动测试4.3 刚度优化与仿真验证4.4 和减速器 核电机 的校4.5 本章小结第5章 基于变论域模糊原理的PID参数优化5.1 总体方案设计5.1.1 Turbo pmac2 简介5.1.2 优化目的与方案的确定5.2 模糊控制器设计5.2.1 语言变量与语言值5.2.2 语言值的隶属度函数5.2.3 模糊规则的建立5.2.4 模糊推理5.2.5 解模糊5.3 仿人智能积分算法5.4 变论域因子5.5 模糊控制实验5.5.1 实验设备5.5.2 系统误差分析5.5.3 实验与结果分析5.6 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果致谢
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