机器人的柔性操作控制技术研究

分类号：——

ＵＤｅ：Ｙ９３６８１８

密级：——

编号：——

工学硕士学位论文

轮式移动视器人运动控制技术研究

硕士研究生：邓锻伟

指导教薅；张锪钧教授

学覆级辩：工学硬士

学释、专豫：较棱电予工程

所在单位：辊魄工程学院

论文提交目期：２００６年２月

论文答辩日期：２００６年３月

学位授予单位：哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学硕士学位论文

摘要

本文围绕自行设计的移动机器人的移动机构、感知系统和控制系统三方

面，对未知环境下轮式移动机器人体系结构、传感器信号处理与融合，运动

控制等问题进行了研究。

第一，对移动机器人的历史和发展趋势进行了综述，同时介绍了本文的选

题背景、主要研究内容和研究意义。

第二，自行研制了一种轮式移动机器人，其采用两轮差动驱动，多层堆栈

机械结构，并以ＰＣＩ０４嵌入式计算机为核心控制系统。设计了基于ＰＣＩ０４

嵌入式计算机的伺服控制系统，主要包括ＰｗＭ功率驱动、测速单元、电源

系统和传感器信息采集模块等。对移动机器人系统中所需的传感器和控制系

统的软硬件进行了系统的分析，给出了硬件电路。

第三，根据差动驱动的运动学模型，提出一种基于参数分配器，运用常规

ＰＩＤ算法对移动机器人速度和角速度进行双闭环控制以控制移动机器人的位

姿的算法，避免根据控制左右驱动轮速度间接控制角速度可能出现驱动轮打

滑而产生大的角速度控制偏差问题。在自行研制的移动机器人上的实验证明，

该运动控制技术的可行性和有效性。

第四，针对常规ＰＩＤ算法难以适应移动机器人运动控制系统非线性等特

性的不足，将常规ＰⅢ算法、模糊推理和参数分配器相结合，设计了一种基

于参数自调整模糊ＰＤ的移动机器人运动控制系统。在自行研制的移动机器

人上进行了模糊ＰＤ控制系统与常规ＰＩＤ控制系统运动控制的对比实验，实

验结果表明，模糊ＰＤ控制的移动机器人的速度和角速度的绝大多数控制指

标都得到较大幅度改善。进行的抗干扰实验验证了参数自调整模糊ＰＩＤ移动

机器人运动控制系统具有较好的抗干扰能力。

关键词：移动机器人；ＰＣＩ０４；参数分配器；模糊ＰＩＤ；运动控制啥尔滨工程大学硕士学位论文

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电气控制中工业机器人技术的应用研究

作者：黄柏宽

来源：《科学与信息化》2019年第17期

摘 要 冲压生产作为当代机械制造与加工过程中的一种重要的产品成型技术，工业机器人技术的发展一定程度上推动了各个行业的全面发展。在电气控制中应用工业机器人技术，不仅可以提升电气系统的智能性，还能为电气自动化控制提供安全保障。基于此，笔者结合自身工作实践，以某车身覆盖件自动冲压生产线为工程背景，对该生产线电气控制中工业机器人技术的应用进行分析。

关键词 电气控制;工业机器人自动冲压线;电控系统

1 工业机器人结构分析

在生产线设计中，工业机器人是电气控制系统的核心技术之一，按功能其由机械手总成、控制器以及示教器三部分构成，其中机械手是机器人的主体部分，机械手总成是由驱动器、传动机构、机械手机构及末端执行器等构成。控制器主要负责机器人的电气控制，作为该机器人控制核心，主要由计算机硬件、软件和一些特制电路组成。示教器是一种人机交互界面，实现操作人员与机器人交互的桥梁，主要由显示器和触摸屏等构成，用于机器人的动作控制，并将信息全部载入内存中[1]。

2 机器人自动冲压系统总体布局设计

根据车身覆盖件自动冲压成型工艺流程，合理对自动冲压线上的压机、工业机器人及拆垛系统等单元模块进行选型，并设计出符合生产任务的冲压节拍冲压电气控制系统。

2.1 机器人自动冲压线总体设计

冲压生产在配合模具的基础上，是利用冲压相关的电气设备对板件的冲压加工，具有生产效率高、柔性高等加工特点。本生产线主要由压机、工业机器人、拆垛系统、端拾器和真空装置等电气设备组成，根据车身覆盖件生产工艺流程，该机器人自动冲压线总体设计由7个IRB6660 130/3.1的工业机器人、5台压机（用1台1800T 带数控气垫单动压机、 4台800T双点闭式压力机）组成。

文章编号：１００１—９９４４（２０１１）０６．０００１—０３　

柔性仿生爬壁机器人控制系统研究　

于树林　，一，梅　涛　，李　冰１，２，孙少明　

（１．中国科－ｇ院合肥智能机械研究所，合肥２３００３１；２．中国科学技术大学自动化系，合肥２３００２７；　３．中国科学院合肥物质研究院先进制造技术研究所，常州２１３０００）　

摘要：通过对壁虎运动机理以及柔性脚掌结构的理论分析和实验研究，文中提出一种新型柔　性仿壁虎爬壁机器人的控制方法．该控制系统采用以ＭＣＵ为核心控制器的分布式系统，依　据精确的步态规划实现了机器人的稳定爬行．在实验环境下通过实物样机验证了该方法的　

可行性和有效性　关键词：仿生；壁虎：对称步态；舵机　中图分类号：ＴＰ２４２　文献标志码：Ｂ　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｂｉｏｎｉｃ　Ｗａｌｌ－ｃｌｉｍｂｉｎｇ　Ｒｏｂｏｔ　

ＹＵ　Ｓｈｕ—ｌｉｎ　一，ＭＥＩ　Ｔａｏ３，ＬＩ　Ｂｉｎｇ　，ＳＵＮ　Ｓｈａｏ—ｍｉｎｇ　

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐｅｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｕ—　ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ　２３００２７，Ｃｈｉｎａ；３．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｈｅ　ｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｃｋｏ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｅｅｔ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａ　ｎｅｗ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｂｉｏｎｉｃ　ｗａｌｌ－ｃｌｉｍｂｉｎｇ　ｒｏｂｏｔ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＣＵ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄ　ｍａｄｅ　ｔｈｅ　ｒｏｂｏｔ　ｓｔａｂｌｅ　ｃｒａｗｌ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ｇａｉｔ　ｐｌａｎｎｉｎｇ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　

张蟊　应用科学　１０７　

关于机械臂操作柔顺控制方法研究　

刘彦成，苟文　

（四川农业大学信息与．工程技术学院，四川雅安６２５０００）　

摘要用机械臂替代人工完成这类任务，不但可以提高效率，而且可以提高生产过程中的加工精度。在造船，航天，核工业等部门，用　机器人取代人还可以大大提高安全性，这又间接产生经济上的效益。用机械臂操作柔性负载与操作刚性负载的控制方法有很大的不同。对　

于柔性负载，在操作过程中，弹性形变必然存在，而且在搬运加工过程中，还存在弹性振动，这必将降低系统的加工精度，严重时，甚至　

有可能影响系统稳定性或彻底损坏柔性部件。由于对操作柔性对象的研究刚刚处于起步阶段，而且在控制方法的研究中无论是轨迹跟踪还　

是振动抑制都还需要进一步研究，需要不断进行探索。　・　

关键词机械臂；柔性负载；振动抑制　

中圈分类号ＴＰ２４１　文献标识码Ａ　文章编号１６７３—９６７１一（２０１０）０８２—０１０７—０１　

Ｏ引言　

对于柔性物体的建模方法的选择，直接关系到系统模型的准确性以　

及控制方法的有效性。由于柔性物体的分布参数特性，许多学者采用分　布参数法、假设模态法、模态综合法等多种建模方法对柔性物体进行了　建模，并针对各自的数学模型设计出有效的控制器。　

本文将对一个中问受外力作用的柔性负载进行分析研究，而操作这　个柔性负载的两个机械臂，分别夹持着柔性负载的左右两个端点，在外　

力作用下，跟踪期望的轨迹运动，而在运动过程中，机械臂主动抑制柔　性负载的弹性振动，并有效提高机械臂的控制精度。在此过程中，柔性　

负载中间所受作用力对整个柔性负载左右两部分的影响效果是等价的。　换言之，对柔性负载的动力学控制研究实质上是可以分解为左右两个子　系统，仅仅通过对该系统的一半进行研究，即只研究单机械臂操作一端　

受外力作用的柔性负载的控制问题即可，并设计相应的控制方法。　

１柔性粱单元运动学建模　

１）将柔性负载简单抽象为一个在二维空间运动的柔性梁，而不是