Par4并联机器人的轨迹跟踪控制策略研究

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并联机器人具有误差小、刚度大、运动性能好和承载能力强等一系列优点,因此有非常高的实际应用价值。本文所研究的Par4四自由度并联机器人因其速度快,稳定性好的优势广泛应用于产品拾取包装场合。而在机器人控制系统中,轨迹跟踪算法的选择对系统运动性能起着决定性的作用。因此,本论文以Par4并联机器人为研究对象,在课题组轨迹规划的研究基础上,以实现机器人的高精度轨迹跟踪为目标,分析了其轨迹跟踪算法和运动控制实现方案,并对Par4并联机器人进行了轨迹跟踪控制实验。首先,结合所研究的Par4并联机器人机械结构特性,对机构中各个构件进行受力分析及简化后,经过计算各构件的运动、重力、负载以及摩擦力对机器人驱动关节转矩的影响,推导出机器人驱动电机转矩变化的动力学方程。将Matlab计算结果与ADAMS软件动力学仿真结果相对比,验证了动力学方程的正确性。其次,分析介绍了Par4并联机器人的控制对象数学模型;结合并联机器人轨迹跟踪控制系统的特性,对该系统进行控制器设计,将控制器分为两个部分:跟踪控制器及同步控制器;针对跟踪控制器,对比其它控制算法,采用基于干扰观测器的PID控制算法实现位置跟踪控制,对于同步控制器采用改进交叉耦合同步控制算法来实现四电机的位置同步控制;并对上述的各种算法进行计算机仿真并对比结果,实现最优轨迹跟踪控制方法。最后,搭建了Par4并联机器人的运动控制系统。根据机器人的运动性能要求对系统硬件:工控机、运动控制卡、永磁同步电机、伺服驱动器等器件进行选型配置。然后在Matlab和VC软件中进行轨迹规划及跟踪控制系统设计,包括拾取及避障轨迹的规划、规划轨迹的录入、电机位置量与脉冲量的转换、运动控制程序、读取电机实时位置及运动信息、系统状态的显示等模块。在此基础上使用Par4并联机器人样机,进行拾取、避障的轨迹规划及轨迹跟踪控制实验研究,验证了控制算法的可行性,同时使得并联机器人能够更好的完成作业。
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