【摘 要】
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在智能制造飞速发展的背景下,有关工业机器人高精度运动控制的研究越来越引起人们的重视,高速高精度已经成为当今工业机器人的发展趋势。我国自主研发包括机器人高精度控制系统在内的机器人核心技术,是我国加快工业转型升级,使制造业走向智能化、数字化的必经之路。目前国内大部分多轴数控机床以及多关节工业机器人,其轮廓跟踪误差仍然是普遍存在的问题。在多轴联动下的轮廓跟踪过程中,分别确保每个关节的良好跟踪性能并不能保
【基金项目】
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国家科技重大（04）专项 “高档数控系统关键共性技术创新能力平台（二期）（项目编号:2015ZX04005007）”； 国家科技重大（04）专项“核工业专用零部件制造装备换脑工程（项目编号:2017ZX04011006-005）”； 福建省科技重大专项“经济型专用工业机器人的研发与应用（项目编号:2015HZ0003-2）
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在智能制造飞速发展的背景下,有关工业机器人高精度运动控制的研究越来越引起人们的重视,高速高精度已经成为当今工业机器人的发展趋势。我国自主研发包括机器人高精度控制系统在内的机器人核心技术,是我国加快工业转型升级,使制造业走向智能化、数字化的必经之路。目前国内大部分多轴数控机床以及多关节工业机器人,其轮廓跟踪误差仍然是普遍存在的问题。在多轴联动下的轮廓跟踪过程中,分别确保每个关节的良好跟踪性能并不能保证理想的轮廓跟踪误差。另一方面,对于多轴机器人系统,当两个或多个关节必须以协作的方式移动时,运动的同步性显得尤为重要。在这个背景下,提出一种新的控制算法来减小轮廓跟踪误差具有重大意义。本文详细分析了一种应用于LinuxCNC数控系统、用于减少末端轮廓跟踪误差的运动控制算法,结合工业机器人已有的运动学、动力学基础与传统PD控制理论,提出了一种基于LinuxCNC系统的六关节机器人位置域控制算法,并将其运用于华数机器人HSR-JR605上进行实验以验证理论的有效性。首先本文根据传统时域控制,引出位置域控制理论,通过确定主从关系,将从运动表示为参考运动的函数,引入相对导数的概念,将机器人系统的动态模型从时域转移到位置域,并最终推导出多自由度非线性机器人系统的位置域动态模型。然后本文结合PD控制理论,分析了位置域PD控制模型并制定出位置域PD控制的总体方案,其中对位置域控制系统中的主从轴确定方案等关键问题进行了阐述。接着本文确定了位置域PD控制的软硬件平台。通过HAL层加载组件,在LinuxCNC系统上设计并实现六关节机器人位置域控制算法。最后本文对位置域控制能否改善六关节机器人末端的轮廓跟踪性能给予实验验证。搭建六关节机器人实验平台,选取不同的轮廓轨迹,在时域PD控制与位置域PD控制两种情况下,对末端的轮廓跟踪精度进行对比,得出相应结论。实验表明,本文所提出的位置域PD控制系统对于提高六关节机器人末端精度具有显著效果,本文所从事的课题研究具有一定的实际应用意义。
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