PUMA560机器人控制系统设计及双重控制方法应用研究
本文是对 PUMA560机器人进行的控制系统的设计与控制理论和方法的应用探索。实验室现有一台PUMA560机器人，其原有控制系统已老化和损坏，且缺少相关资料。本文旨在为PUMA560设计控制器，将其改造成一个教学应用和算法实验的平台，以充分、合理地利用实验室的资源，节约科研成本。该平台可以集成各种传感器，如视觉传感器，从而实现更先进的机器人控制。 本文首先用D-H法对PUMA560机器人臂体建立了数学模型，对机器人进行了运动学分析与综合。一方面，从空间中物体的位姿描述出发，建立了PUMA560的运动学方程，得到了 PUMA560的末端位姿与各关节转角之间的关系，求出了机器人的变换矩阵；另一方面，讨论了运动学方程的求解方法，使在给定末端位姿的情况下求各关节的转角成为可能。为了使运动学分析和综合更加直观，引入了机器人工具箱Robotics Toolbox，对PUMA560的正、逆运动学问题进行了仿真。 在建立了机器人运动学模型的基础上，进行了机器人关节伺服控制系统的设计。硬件方面，对 PUMA560的原有控制系统和伺服电机系统进行了研究，设计了基于SG3524和L6203的直流电机驱动电路，并对其进行了调试；理论方面，对各直流伺服电机建立了电机模型，测得了电机参数，并设计了 PI控制器，对控制器的性能进行了仿真；软件方面，在 RTW环境下建立了实时控制系统，实现了对关节转角的实时控制。 控制过程中，机器人手臂转动惯量的变化对关节的控制造成的影响不容忽视。考虑到控制过程参数变化的特征，引入了自适应控制理论，将其应用于机器人关节控制器的设计。然而自适应控制具有其自身的局限性，为了改进控制效果，为自适应控制加入了双重特性，对谨慎控制器和自适应双重控制器进行了研究，将模型参考自适应双重控制算法应用到 PUMA560的关节并进行了三种控制器的仿真。结果表明了自适应双重控制相对于其他两种控制器优越性。
PUMA560机器人;控制系统;运动学模型;仿真设计
哈尔滨工业大学
硕士
控制科学与工程
罗晶
2010
中文
TP242.6
33
2013-03-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）