平面冗余度机器人系统轨迹规划及运动控制方法研究

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1、硕士学位论文平面冗余度机器人系统轨迹规划及运动控制方法研究RESEARCHONTRAJECTORYPLANNINGMETHODANDMOTIONCONTROLFORPLANARREDUNDANTROBOTSYSTEM戴骞哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文平面冗余度机器人系统轨迹规划及运动控制方法研究硕士研究生：戴骞导师：刘玉斌副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242U.D.C

2、:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTRAJECTORYPLANNINGMETHODANDMOTIONCONTROLFORPLANARREDUNDANTROBOTSYSTEMCandidate：DaiQianSupervisor：AssociateProf.LiuYubinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineer

3、ingDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，3C产品的发展更加趋向于小型化，这使得其装配作业愈加复杂化，传统的人工流水线装配形式完成此类作业将会极大的提高人工作业的工作强度。为了提升装配效率，降低工作强度，提高产品装配质量，许多代工厂商引入了SCARA和Delta等工业机器人，作为人工流水线装配作业的辅助性装备，但对于此类辅助人工作业的机器人系统，安全性是一个非常重要的问题。结合国家科技支撑计划课题“面向3C产品装配与包装的

4、智能工业机器人和自动化生产线研发”项目课题，研制了一种平面3R冗余度机器人系统，可以针对作业区域内的障碍物进行回避，并且可以对其进行力控制，进一步保障协作者的安全。首先，针对3C装配领域，拟定了机器人设计指标和要求，并研制了一种高速平面3R冗余度机器人，提出了一种通过将驱动单元集中布置，从而减小高速运动时机器人旋转惯量的传动方案。根据机器人作业需求，通过计算完成了伺服电机、减速机的选型工作，并基于Solidworks完成了机器人的三维建模，针对机器人连杆部分进行了有限元分析。然后，针对装配作业空间狭小的特点，提出避障避奇异路径规划方法用于提升机器人在狭小空间内的灵活性。首先对上述设计的

5、平面3R冗余度机器人进行运动学分析，并对机器人正运动学进行了仿真，在MATLAB环境下对机器人工作空间进行分析。从实时性出发，提出一种改进的最小距离计算方法，利用冗余度机器人零空间自运动特性实现对障碍物的回避，并采用DLS法对算法进行改进，实现了避障避奇异协同优化。随后，为保证人机协作完成装配的安全性以及提升装配质量，对机器人力控制策略进行研究。首先，采用最基本的阻抗控制策略，通过调整阻抗参数进行了仿真实验。为改进上述算法对于不确定环境的稳定性，基于上述控制方法，引入在线环境参数辨识算法，通过实时辨识外部环境刚度对其进行修正。为进一步提升人机协作的安全性，基于上述算法加入自适应控制策略

6、，提升了机器人在复杂环境下的适应性，并对算法进行了仿真分析。最后，建立平面3R冗余度机器人控制系统。采用上位机、多轴运动控制器控制器两级控制结构方案，并基于总线建立开放式分布控制系统。基于VisualC++平台开发了上位机人机交互界面，并设计了合理的机器人控制程序。针对人机协作场合，进行了样机实验，验证了上述力控制算法的有效性。关键词：冗余度机器人；运动学；避障；避奇异；运动规划；力控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,thedevelopmentof3Cproductstendtobesmaller,whichmakestheassemb

7、lyoperationsmorecomplicated,thetraditionalmanualassemblylinetocompletesuchoperationswillgreatlyimprovetheworkingstrengthoftheworkers.Inordertoimproveassemblyefficiency,reducetheworkintensityoftheworkers,andimprovethequalityo