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工业机器人已成为现代工业生产中不可或缺的机电一体化设备。高精度驱动控制技术的研究及应用使得工业机器人不仅在工业领域本身被广泛应用,而且还涉及到如军用、医疗、服务和娱乐等领域,可高效地完成预定的运动控制任务。因此,对工业机器人驱动技术的研究十分重要。
本文在研究、分析工业机器人发展现状的基础上,针对工业机器人的运动控制系统进行了详细论述,主要包括以下几点:工业机器人的组成、控制系统的特点、控制方式、控制系统结构和典型控制方案。其后,分析了MOTOMAN-HP20工业机器人控制系统的组成及特点,说明了MOTOMAN工业机器人与其他工业机器人的不同之处。
其次,在阐明工业机器人伺服驱动系统一般组成的前提下,分析了永磁同步电机的矢量控制系统的三环控制策略;对伺服驱动系统中的关键调制技术(SPWM与SVPWM)进行了对比研究,并在MATLAB/SIMULINK环境下分别建立了基于SPWM的三相逆变器仿真模型和基于SVPWM的三相逆变器仿真模型。通过频域特性分析,选择性能优良的SVPWM作为永磁同步电机伺服驱动控制系统的调制策略。
最后,研究了MOTOMAN-HP20机器人的任务型编程驱动技术及远程控制的实现:以平面直线和圆弧焊接为例,在离线编程环境下进行了模拟仿真,并在实验室环境下通过氩弧焊接实验予以验证。远程控制方法的实现不仅可以实现机器人的异地操作,而且可以对机器人现场进行实时监控。
整体而言,在典型的控制结构的支持下,优良调制策略(SVPWM)的应用,使MOTOMANHP20机器人在给定任务下,能够按照所要求的轨迹准确无误的运行。在运行过程中,操作者可以实时的观测到机器人在完成作业任务时各关节的脉冲及角度值,方面操作者对其轨迹进行分析。与此同时,机器人的异地操作,使整个控制系统达到了高效、高精度、安全的控制。