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6-R工业机器人伺服驱动系统

动态特性研究及性能优化

重庆大学硕士学位论文

(学术学位)

学生姓名：·

指导教师：··安教授

合烨副教授

学科门类：工学

学科名称：机械工程

研究方向：精密传动与驱动

答辩委员会主席：陈进教授

授位时间：2019年6月

June,2019

ResearchonDynamicCharacteristicsand

PerformanceOptimizationof6-RIndustrial

RoboticServoDriveSystem

AThesisSubmittedtoChongqingUniversity

inPartialfulfillmentoftherequirementforthe

MastersDegreeofEngineering

By

LiuZhen

SupervisedbyProf.ChenXiaoan

byA.P.HeYe

中文摘要

I

摘要

工业机器人是先进制造业的代表。目前，机器人产业发展迅猛，我国已成为最大的工业机器人市场，然而核心部件缺失，严重依赖进口。研究核心部件组成的伺服驱动系统对提高我国机器人关键技术具有重要意义。同时，在精密装配、人机协作等领域对工业机器人的动态精度提出了更高的要求，伺服驱动系统是运动系统的核心，决定了整机的动态性能。本文以一款国产六自由度机器人BRIR801-5为例，在其运动学和动力学基础上，求得伺服驱动系统在具体工况下的输入曲线，研究机电参数对伺服驱动系统动态特性的影响机理，具体研究内容如

下：

①基于改进型D-H法建立机器人运动学模型，推导了一种计算简单的几何法求逆解。并通过Matlab工具箱RoboticToolbox进行了运动学的仿真，验证了建模的正确性。规划了一个机器人实际搬运工况，基于ADAMS仿真软件进行了逆动

力学的仿真，求解搬运过程中的各关节电机的输出力矩。

②建立了机器人伺服电机的数学模型和矢量控制模型，为节省参数调试时间，进行了伺服电机PID参数整定。建立了伺服驱动系统的动力学模型，研究了驱动系统的控制参数和传动部分的机械参数对系统性能的影响机理，并通过simulink

软件进行了仿真验证。

③针对PID控制下，伺服驱动系统在负载突变时动态跟踪精度变差的问题，采用滑模算法设计了伺服电机的速度环，并设计了负载的全维和降维状态观测器，将滑模控制算法、PID控制算法和基于负载观测的PID算法进行了比较，验证了

滑模控制算法在抗负载扰动方面具有更优越的性能。

④为验证机电参数对伺服驱动系统影响机理的相关理论，设计了交流伺服驱

动系统测试实验台，介绍其工作原理和硬件组成，进行了伺服驱动系统的机电动

态特性实验，验证了伺服系统建模和机电参数对系统影响机理的正确性，为进一步深入研究机器人的动态特性奠定了基础。

关键词：工业机器人；运动学与动力学；伺服驱动系统；滑模控制

英文摘要

III

Abstract

Industrialrobotsaretherepresentativesofadvancedmanufacturing.Atpresent,therobotindustryisdevelopingrapidly,andChinahasbecomethelargestindustrialrobotmarket.However,thecorecomponentsaremissingandrelyheavilyonimports.StudyingtheservodrivesystemcomposedofcorecomponentsisofgreatsignificancetoimprovethekeytechnologiesofrobotsinChina.Atthesametime,inthefieldofprecisionassembly,man-machinecooperationandotherfields,higherrequirementsareplacedonthedynamicprecisionofindustrialrobots.Theservodrivesystemisthecore

ofthemotionsystemanddetermines