论文部分内容阅读
本文是对PUMA560机器人进行的控制系统的设计与控制理论和方法的应用探索。实验室现有一台PUMA560机器人,其原有控制系统已老化和损坏,且缺少相关资料。本文旨在为PUMA560设计控制器,将其改造成一个教学应用和算法实验的平台,以充分、合理地利用实验室的资源,节约科研成本。该平台可以集成各种传感器,如视觉传感器,从而实现更先进的机器人控制。本文首先用D-H法对PUMA560机器人臂体建立了数学模型,对机器人进行了运动学分析与综合。一方面,从空间中物体的位姿描述出发,建立了PUMA560的运动学方程,得到了PUMA560的末端位姿与各关节转角之间的关系,求出了机器人的变换矩阵;另一方面,讨论了运动学方程的求解方法,使在给定末端位姿的情况下求各关节的转角成为可能。为了使运动学分析和综合更加直观,引入了机器人工具箱Robotics Toolbox,对PUMA560的正、逆运动学问题进行了仿真。在建立了机器人运动学模型的基础上,进行了机器人关节伺服控制系统的设计。硬件方面,对PUMA560的原有控制系统和伺服电机系统进行了研究,设计了基于SG3524和L6203的直流电机驱动电路,并对其进行了调试;理论方面,对各直流伺服电机建立了电机模型,测得了电机参数,并设计了PI控制器,对控制器的性能进行了仿真;软件方面,在RTW环境下建立了实时控制系统,实现了对关节转角的实时控制。控制过程中,机器人手臂转动惯量的变化对关节的控制造成的影响不容忽视。考虑到控制过程参数变化的特征,引入了自适应控制理论,将其应用于机器人关节控制器的设计。然而自适应控制具有其自身的局限性,为了改进控制效果,为自适应控制加入了双重特性,对谨慎控制器和自适应双重控制器进行了研究,将模型参考自适应双重控制算法应用到PUMA560的关节并进行了三种控制器的仿真。结果表明了自适应双重控制相对于其他两种控制器优越性。