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HHR6弧焊机器人结构与控制参数优化研究

丁凯  
【摘要】:历经了数十年的发展,工业机器人从原本仅能完成简单的工序向着高速、高精度、稳定、自适应、自学习方向迈进。中国很早就开始了工业机器人的研究和生产,然而和国外顶尖机器人企业的同类产品相比,各项性能仍然存在差距。文章以实验室自主研发的六公斤弧焊机器人为基础,从结构和控制两方面对机器人的性能进行优化,主要内容包括: 构建了精确的虚拟样机系统,完成了虚拟样机运动学和动力学建模的验证,实现了虚拟样机笛卡尔空间的轨迹规划。 根据推导的考虑波动特性的机器人速度、加速度、惯性力综合性能指标编写程序,生成了机器人性能图谱,通过分析图谱完成了机器人尺寸的初步优化。虚拟样机上的仿真结果表明,尺寸优化后的机器人在速度、加速度性能上得到提高。 在尺寸优化的基础上,对系统进行振动特性分析和刚度优化,通过ADAMS和ANSYS构建的刚柔耦合系统,实现了机器人模态参数的识别。本文设定了某一极限工况,分析该工况下机器人整机的振动情况和应力变化,找出了结构的薄弱点并提出了优化方案,仿真结果表明优化后系统的振幅明显下降。 上述结构优化带来了机器人重量上的略微提升,本文基于虚拟样机对六个轴的电机、减速器重新进行校核,结果表明各轴电机、减速器仍然符合需求。 目前很多机器人都采用TURBO PMAC2卡,TURBO PMAC2卡除了强大的运动控制功能外,还提供了用户编程区,基于此,本文融合了模糊控制、仿人智能积分算法和变论域思想等智能控制理论,以手工整定的PID参数作为初值,通过PLC编程实现了机器人系统的PID自适应控制。同时加入了速度前馈和加速度前馈,形成了前馈+模糊PID的控制策略,机器人在运动过程中的误差检测结果表明,优化后系统的轨迹精度得到了提高。


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