面向可变负载的delta机器人运动规划

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1、硕士学位论文面向可变负载的DELTA机器人运动规划ADAPTABLEMOTIONPLANNINGOFDELTAROBOTFORVARIABLEPAYLOADMASSMuhammadEjaz哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TH112.5学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文面向可变负载的DELTA机器人运动规划硕士研究生：MuhammadEjaz导师：楼云江教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TH112.5U.D.C:621

2、DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringADAPTABLEMOTIONPLANNINGOFDELTAROBOTFORVARIABLEPAYLOADMASSCandidate：MuhammadEjazSupervisor：Prof.YunjiangLouAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpecialty：ControlScienceandEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2016De

3、gree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology-I-万方数据摘要摘要Delta机器人因其可实现高速高精度重复操作的优势而广泛的应用于工业生产中，作为并联机器人，Delta机器人有着较为复杂的运动学和动力学模型。Delta机器人相关研究主要呈现在路径规划和路径跟踪等方面。其中，大多数研究是基于机器人负载质量保持不变的假设。但这些技术很难适用于负载质量不确定的情况，而现实应用中负载不确定的现象很常见。显然，凭直觉可知，运动规划是基于一个常数的计算基础，来实现有效负载质量的规划，但实际上对于不同负载质量的操作和规划则会出现很多问题。以上

4、问题包括次优轨迹、执行器饱和，以及机器人关节电机长期工作在各性能的峰值下所带来的执行器物理损坏等。目前，大多数研究者主要针对这些不利影响展开研究，但实际上却没有量化这些误差。本文旨在估计有效负载的不确定性对Delta机器人的性能产生的影响程度，并应对这些影响提出相应的解决方法。对因负载质量变化而引起的误差进行估计是十分必要的，以此来验证该误差使机器人系统处于次优化运动状态的这一假设。作为世界上运行速度最快的机器人之一，以上问题对Delta机器人将是一个严重的损害。通过仿真结果可以证明以上假设的有效性。因此，针对有效载荷质量不确定性引起的不利影响，我们提出了相应的解决方法。我们通过几个仿真情况用

5、来模拟现实中可能存在的现象，并将以上结果与理想情况进行对比。我们通过一种矫正运动规划策略来使负载质量的变化在允许范围之内，具体策略是通过执行器的电流（力矩）反馈来最小化实时误差。最后，我们通过仿真分析来检验结果的有效性，这些仿真结果以表格和图片的形式呈现，并将该算法的性能与假设性判断进行比较。关键词：并联机构；运动规划；计算力矩控制；变负载；质量不确定性-II-万方数据摘要模型建立及分析Delta机器人模型Delta机器人是典型的并联机构，相对于串联机器人而言，它具有较高的刚度和负载比。这些性能使得Delta机器人产生较高的精度和较快的运行速度。然而，作为一个并联机器人，与相同大小的串联机器人

6、相比，Delta机器人具有相对较小的工作空间，其配置空间通常与工作空间完全重合。Delta机器人包括三个单独却封闭的运动支链，这些支链彼此相互对称。相应的三个执行器分别固定在Delta机器人的定平台上，这些执行器的轴端构成等边三角形。每个上臂分别连接相应的执行器，因此，每个臂的固定端都在定平台上且彼此之间间隔120度。同时，臂-执行器接口的轴线是共面的，并且与单个圆相切。运载平台连接所有的支链，并将其封闭起来，这样的组合形式使得运载平台的运动受到约束，进而使其具有X，Y和Z三个平移自由度，运载平台和定平台始终保持平行。每一个支链是由两大部分组成，其中连接到执行器的部分被称为上臂，连接到运载平台

7、的部分被称为前臂。上臂是一个末端与转动关节相连接的简单杆。前臂的结构较为复杂，形状是由两个杆及其末端连接等构成的平行四边形。该连接方式有助于保持运载平台的方向相对于定平台固定。Delta机器人通常具有“倒置”配置，即机器人的基座直接在其工作空间的上面。所有考虑重力的运动学模型、动力学模型以及控制方案都是基于这种标准配置展开研究的。执行器饱和度避免执行器的饱和极限可以简单地定义为执行器的物理性能度量