高速並在線上器人動態精度控制方法研究

《高速並在線上器人動態精度控制方法研究》是依託天津大學，由王攀峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速並在線上器人動態精度控制方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王攀峰
• 依託單位：天津大學

項目摘要

高速並在線上器人在食品、包裝、醫藥、新能源等行業自動化生產線中具有廣闊的套用前景, 動態精度是這類機器人系統的重要性能指標。本課題以外轉動副驅動、含平行四邊形支鏈的新型4自由度SCARA運動高速並在線上器人為對象，研究這類系統精準動力學建模、時間最優軌跡規劃、動力學前饋控制，輸出軌跡修形與輸入變數整形抑振等旨在提高系統動態精度的控制理論與關鍵技術，並在開放式控制平台和物理樣機上開展相關實驗研究，驗證所提出理論與方法的正確性與有效性，以期為有效提高這類系統的動態定位精度和軌跡跟蹤精度，進而促進其在實際工程中的套用奠定重要的理論與技術基礎。

結題摘要

一類由外轉動副驅動的含平行四邊形支鏈的高速並在線上器人在電子、食品、醫藥和新能源等輕工行業的套用廣泛。本項目以實現此類機器人高精度控制為目標，系統研究其運動學和動力學建模、平滑性最優軌跡規劃、伺服系統建模和參數辨識、高精度控制方法及輸入整形抑振控制等保障該類機器人控制精度的關鍵技術。研究建立了高速並在線上器人規格化運動學與剛體動力學模型，揭示其慣性矩陣嚴格對角占優的特性，提出一種新的考慮各支鏈間耦合作用的伺服電機等效負載慣量預估方法；利用5次B樣條曲線在笛卡爾空間中構造出躍度連續的參數化抓放操作軌跡，構建了反映軌跡局部和整體平滑性的評價體系，並提出一種分層疊代的軌跡控制參數最佳化方法；構建了通用的伺服驅動系統機電耦合模型，通過引入誤差評價函式實現擬合誤差最小化的伺服驅動系統參數辨識；提出了一種基於模糊調節和前饋調節的高速並在線上器人控制方法，通過採用非均勻隸屬度函式有效增強了模糊模組的抗干擾能力；提出了一種以全域典型軌跡跟蹤誤差方均根值最小為目標的控制器參數整定方法，利用Fibonacci算法實現控制器參數快速尋優與整定；提出基於主模態參數設計輸入整形器的方法，實現線上整形與抑振控制，有效保證系統高速運行時的動態定位精度；構建基於IPC和Turbo PMAC多軸運動控制器的伺服控制系統平台，將控制算法寫入PLC 0程式實現對控制參數實時線上調節；實驗結果表明，較傳統PID控制，本研究提出的控制策略和方法可以有效減小關節位置跟隨誤差，明顯提高了機器人的定位及軌跡控制精度。本項目執行年限內，在Journal of Mechanical Engineering Science、International Journal of Mechanics and Materials in Design、Chinese Journal of Mechanical Engineering、天津大學學報等國內外知名機構學期刊及會議上發表學術論文6篇，被SCI/EI收錄5篇次，提出了6種新型高速並在線上構，均已申請國家發明專利，其中2項已授權；培養博士研究生1名、碩士研究生2名。