平面2-DOF驱动冗余并联机器人动力学参数辨识与控制策略研究

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本文的研究对象为平面2-DOF驱动冗余并联机器人,由于该机构存在一条冗余分支,有利于增加机构的刚度,增大工作空间等,但同时也会带来一些问题,比如,冗余分支在运动中容易产生不协调的现象,冗余分支的引入会使机构的惯性力增加等等。为了克服上述问题并充分发挥冗余机构的优点,本文主要对其进行了机电耦合动力学参数辨识与控制策略方面的研究。  首先,建立了机构本体包括关节摩擦的动力学模型,同时建立了交流同步伺服电动机与减速机键合图模型,二者联立建立了该机器人机电耦合多能域系统动力学模型;  其次,经过严密的数学推导得到该机电耦合多能域系统动力学模型线性化形式,以五次多项式改进的傅立叶级数构造了辨识的激励轨迹,并选择在机器人输出轴的位置空间内进行末端激励轨迹优化,搭建动力学参数辨识实验平台,以加权最小二乘法对其机电耦合多能域系统的动力学参数进行了基于实验的辨识研究;  再次,采用遗传算法,以绝对误差准则为基础考虑抑制超调,对电动机三环控制器参数进行了整定。设计了各关节独立的PID控制策略、基于计算力矩的力/位混合控制策略以及带同步器的力/位混合控制策略,并通过Adams与Simulink联合仿真,验证了控制策略的正确性。  最后,基于倍福控制器与台达伺服驱动系统搭建了控制实验平台,通过对比理论电磁转矩与实测电磁转矩进行了参数辨识的验证实验。将第 4 章提及的三种控制策略应用于机器人控制中,分别在高速与低速两种情况下,验证了机器人轨迹跟踪效果。通过实验曲线可得出以下结论:无论在高速与低速情况下,采用两种力/位混合控制策略对样机进行控制时,驱动分支的位置跟踪效果都要优于各关节独立的PID控制,且速度越高这种优势越明显。
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