基于电流反馈的机器人直接示教技术研究

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1、硕士学位论文基于电流反馈的机器人直接示教技术研究DIRECTTEACHINGOFINDUSTRIALROBOTSBASEDONCURRENTFEEDBACK马树杰哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于电流反馈的机器人直接示教技术研究硕士研究生：马树杰导师：楼云江教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.2U.D.C:621Adissertationsubmitt

2、edinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringDIRECTTEACHINGOFINDUSTRIALROBOTSBASEDONCURRENTFEEDBACKCandidate：MaShujieSupervisor：Prof.LouYunjiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateS

3、choolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要示教盒示教作为常用的示教方式被广泛应用于工业机器人系统中，然而，随着工业需求的快速多变以及复杂性的日益增长，示教盒示教由于操作繁琐、效率低下难以满足繁重的示教需求，因此，通过“手把手”示教的直接示教方式是未来机器人示教技术的发展趋势。现有的直接示教方案可分为两类，一类是在基于力/力矩传感器实现的方案,成本昂贵；另一类是基于力矩控制实现的方案，不能在不开放力

4、矩控制的机器人产品上推广。为了同时解决这两个问题，本文以运动控制器所支持的速度指令为切入点，开展无力/力矩传感器的直接示教研究。直接示教实现的关键是借助关节电机的驱动力矩克服机器人的摩擦力和重力，针对完整动力学力矩补偿方案存在的动力学模型辨识复杂、加速度信号噪声大以及不能在不开放力矩控制的系统上实现的问题，本文提出了基于速度指令和电流反馈的直接示教实现方案。首先，建立在速度伺服模型的基础上，通过更新速度指令间接控制电机的力矩，补偿机器人的重力和摩擦力，实现了无摩擦力、无重力的直接示教；其次，引入外力矩信号增益系数，优化直接示教的效果；第三，在此基础上，采用了基于电

5、流反馈的方法实现了对外力矩的估计，得到了基于速度指令和电流反馈的直接示教算法；针对电流噪声导致速度规划值抖动的问题，采用低通滤波器对其进行平滑处理，并提出了相应的参数调节方案。为了验证本文提出的方案实际有效，在通用的六自由度工业机器人上进行实验。由于机器人关节摩擦力估计的准确性会很大程度上影响直接示教的效果，对摩擦力进行建模和参数辨识，并利用辨识的参数对速度伺服模型进行实验验证。对机器人进行直接示教实验，并采用六维力/力矩传感器测量示教用力，实验结果表明该方案能获得较好的效果，在对机器人进行空间示教时平均只需要8N左右的用力，最大不超过20N。最后，针对示教轨迹抖

6、动的问题，采用中位值平均滤波的方法对轨迹进行平滑处理，采用道格拉斯-普克算法提取轨迹特征点，分别基于B样条曲线和三次样条曲线规划再现轨迹，结果表明，再现轨迹与规划轨迹的一致性较好，实现了示教再现的目标。关键词：直接示教；机器人；无力/力矩传感器示教；速度指令；电流反馈-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTeachingboxiswidelyusedintheindustrialrobotsystem.However,withtherapidchangesandgrowingcomplexityofindustrialdemand,teachingb

7、oxcannotmeettherequirementofmassiveteachingworks.Theexistingdirectteachingschemecanbedividedintotwocategories.Thefirstisthecostlyforce/torquesensorbasedmethod.Thesecondistorquecontrolbasedscheme,whichisnotabletoapplyintherobotnotsupportingthetorquecommand.Thisdissertationfocusonsensor

8、lessd