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荔枝采摘机器人控制系统的建模与仿真研究,对于深刻理解荔枝采摘机器人控制系统工作原理及动态特性,优化荔枝采摘机器人的设计、制造和运行具有重要意义;是国内外采摘机器人研究的热点领域之一。
本文研究了把面向多领域统一建模方法应用于荔枝采摘机器人控制系统建模的问题。这种方法应用面向对象技术,以方程为描述对象的基础,建立的模型符合人们认识客观世界的规律,模块和模块之间的连接是和实际系统相同的物理连接。这些特性使得该建模方法可以方便地建立涉及多领域的复杂系统的模型。
荔枝采摘机器人控制系统是一个复杂的、涉及多领域、多学科的系统,本文正是在国家自然基金与广东省自然基金的共同资助下,围绕虚拟产品研发和虚拟采摘机器人的行为仿真问题进行了研究。
论文针对荔枝采摘机器人控制系统的特性,以单轴控制系统作为研究对象出发,提出了荔枝采摘机器人的复合控制方式,实现了控制器以零稳态误差来跟踪机器人末端执行器的速度。本文主要进行了以下几方面的研究:
1)对荔枝采摘机器人控制系统的数学模型加以设计。主要包括:直流伺服电机、复合控制器、变速箱等零部件数学模型的建立。
2)将面向物理对象建模的方法引入到荔枝采摘机器人控制系统的建模中来。使用基于Modelica语言的多领域仿真软件Dymola建立了荔枝采摘机器人控制系统的仿真模型,并构建了Dymola中荔枝采摘机器人控制系统的模型库。
3)对该控制系统模型在给定参数下起动过程的仿真结果进行对比分析,表明了此方法的有效性。同时,以电感值、电阻值等为例分析了控制系统中电气参数对机械系统运动效率的影响,实现了电气参数的优化。且在多轴运动控制系统中对荔枝采摘机械手的动力特性进行了仿真分析,实现了机构参数的优化。这些为荔枝采摘机械手控制系统的设计提供了理论依据。
4)对荔枝采摘机器人的本体结构进行了搭建,且提出了易于使末端执行器产生误差的主要影响因素,为后续的研究方向提供了参考。
本文设计的荔枝采摘机器人控制系统模型库开放性强、使用方便,能较为准确的以零稳态误差来跟踪机器人末端执行器的输出速度。但是本系统尚处于基础研究阶段,下一步的研究方向为对现有控制器的控制方法进行优化。