工业机器人三重增量式模糊控制及其虚拟验证.pdf
《工业机器人三重增量式模糊控制及其虚拟验证.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工业机器人三重增量式模糊控制及其虚拟验证.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、480第4 0 卷第6 期2023年6 月真机计仿算文章编号:10 0 6-9 34 8(2 0 2 3)0 6-0 4 8 0-0 5工业机器人三重增量式模糊控制及其虚拟验证孙亦劫,蒋文萍*,闵军?,汪凌阳!(1.上海应用技术大学电气与电子工程学院,上海2 0 14 18;2.同济大学电子与信息工程学院,上海2 0 18 0 4)摘要:提出一种三重增量式模糊PID控制与机器人虚拟仿真相结合的研究方法。方法先对三自由度机械臂的运动学模型进行数学建模,并设计机械臂运动控制器与被控系统。结合机械臂三关节实时角度与末端三维位置的实时误差,设计三重增量式模糊PID控制器。将机械臂末端轨迹导人到虚拟仿真
2、软件中,进行虚拟仿真验证。以螺旋管喷漆操作为例,观察机械臂在虚拟环境下的运动情况。实验结果表明,三重增量式模糊PID控制性能良好,轨迹跟踪误差小,期望轨迹与实际轨迹的平均误差绝对值为1.30 0 10-3m;在虚拟验证仿真过程中,机械臂未发生碰撞、轴超限、不可达等异常情况,能够按照算法轨迹顺利完成整个喷漆仿真。关键词:三重增量式模糊;机器人运动学;虚拟仿真验证;跟踪;三自由度机械臂中图分类号:TP249文献标识码:BTriple Incremental Fuzzy Control of Industrial Robotand Virtual VerificationSUN Yi-jie,JIA
3、NG Wen-ping*,MIN Jun,WANG Ling-yang1(1.School of Electrical and Electronic Engineering,Shanghai Institute of Technology,Shanghai 201418,China;2.School of Electrical and Electronic Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)ABSTRACT:In this article,a method combining triple incremental fuzzy
4、 PID control and robot virtual simulation wasproposed.Mathematically,this method built a kinematics model of the three-degree-of-freedom robot arm and de-signed a motion controller of the robot arm and a controlled system.Combining the real-time angle of the three jointsof the robotic arm with the r
5、eal-time error of the 3D terminal position,the method designed a triple incremental fuzzyPID controller.Moreover,our method imported the end trajectory of the robotic arm into a virtual simulation softwarefor virtual verification.Taking the spiral tube painting operation as an example,we could obser
6、ve the movement of therobotic arm in a virtual environment.Following conclusions can be drawn from experimental results.The triple-incre-mental fuzzy PID control performance is good,and the trajectory tracking error is small.The absolute value of meanerror between the expected trajectory and the act
7、ual trajectory is 1.300 x10-3 m.In the process of virtual verificationsimulation,the robotic arm does not have abnormal conditions such as collision,axle overrun and inaccessibility andthe entire painting simulation can be successfully completed according to the algorithm trajectory.KEYWORDS:Triple
8、incremental fuzzy;Robot kinematics;Virtual simulation verification;Trajectory tracking;Three-degree-of-freedom robotic arm基金项目:校级基金:协同创新基金跨学科、多领域合作研究专项项目(XTCX2021-10);省部级基金:教育部产学研合作协同育人项目(201902025016)收稿日期:2 0 2 1-11-0 9修回日期:2 0 2 1-11-144811引言随着现代工业机器人技术的不断发展,越来越多的高性能算法被广泛地应用到工业机器人的生产、教育与科研中,同时,也对我
9、国的工业机器人算法领域的创新和验证提出了更高的要求文献2 提出利用极限学习机(ELM)算法对工业机器人定位误差规律及其补偿问题进行分析,得出采用ELM算法建模的补偿速度快,泛化性能好的结论。文献3提出了一种计算简便,并且能够有效地反映双臂协调运动灵活性性能指标的方法,提高了双臂允余度机器人在其交互工作空间中的协调运动能力。文献4 采用模糊神经PID算法对机械臂进行运动学/动力学控制,并证明了其控制策略的有效性和实用性。上述文献方法虽然在一定程度上提升了机器人控制效果,但是很难预测工业机器人在实际工业环境下即将面临的问题,且无法有效地对工业场景进行真实还原。基于上述问题,提出了一种将三重增量式模
10、糊PID控制方法与工业机器人虚拟验证相结合的研究方法。三重增量式模糊PID控制方法根据工业机器人在三维笛卡尔坐标系(空间三轴上的)末端实时位置、速度与期望位置、速度间的误差,使用三个独立的模糊控制器分别对末端三轴位置进行跟踪,经过机器人运动学计算,推导出各个关节角;而机器人虚拟仿真技术则最大程度上还原了真实工业场景,可有效避免碰撞、轴超限、奇异点等报错情况的发生。并以工业机器人喷漆操作为例,有效验证控制算法投入工业应用的可行性。2机械臂及其运动学建模2.1机械臂机械模型及其连杆参数研究对象为三自由度串联工业机械臂,其模型的搭建由CAD软件SOLIDWORKS2019完成。从机械臂的基座底部,到
11、第一个左右旋转关节几何中心的距离0.6 m;机械臂两个上下俯仰关节之间的机械臂称为大臂,大臂的长度为0.6 m;从机械臂的第二个俯仰关节,到机械臂末端顶端的距离,即小臂加上末端的长度为0.4 m5。机械模型如图1所示,连杆参数如表1所示。图1机械臂机械模型表1三自由度机械臂D-H参数序号关节()d(m)a(m)()1J10.1+0.5002J2200.6903J3300.402.2机械臂运动学建模根据表1中的三自由度机械臂D-H参数,以及机器人正运动学连杆变换,得到该机械臂的总变换矩阵6。总变换矩阵可以描述为T,=A,A2A3(1)式中,A1、A 2、A s 分别为机械臂从基座到旋转关节、从旋
12、转关节到俯仰关节、从俯仰关节到机械手末端的三个变换矩阵。其中,变换矩阵为cos,-sin O,cos nsin,a,cos o,sincos 9,cos n-COso,sinna,sin 0A0sinncos,d0001(2)将表1中的连杆参数代人到式(2)中,得到cos,-sin 0,sin,0sin cos 0,00A,(3)0010.60001cos 020sin,0.6cos 027sin20-cos0.6sin 92A2=(4)01000001cos,sin;sin;0.4cos 8sin,-cOS300.4sin 3A3=(5)00-100001将式(3)、(4)、(5)分别代人到
13、式(1)中,得到三自由度机械臂的总变换矩阵。设a为机器人的旋转机械臂,z和as为机器人的俯仰机械臂。过机器人末端点P(X,Y,Z)作XY平面的法线,过基座与第一旋转轴几何中心点作法线的垂线。LI、L2、L,分别为第一旋转轴到法线、末端到第一旋转轴所在平面、第一旋转轴到末端的距离7,则有L,=X+YL2=Y-a1(6)L,=VL+LL、Lz、L,的长度已知,可以计算出q、w、e 三个角度值4822+a-L9arccos2a2a3a+L-aWarccos(7)2a2L3L2e=arctan根据机器人逆运动学,0 1、2、0,角度值可由式(6)(7)进行描述YarctanXT+L-dL2arccos
14、arctan(8)22a,L,i+-L=TT-arccos2a2a33机械臂控制器设计机械臂三重增量式模糊PID控制器由机械臂运动控制器、机械臂三重增量式模糊PID控制器、机械臂被控系统三个模块组成。其中:机械臂运动控制器负责由期望位置R、R,R,末端期望速度V、V,、V,以及实际位置Rx、Ry、Rz,实际末端速度Vx、Vy、Vz,计算得到三维矩阵8。三重增量式模糊PID控制器将轨迹误差e以及速度误差d。作为输人,结合隶属度函数,输出对应的三组K,K,、K。参数,分别控制机械臂末端在三维环境下X、Y、Z轴上的位置和速度;机械臂被控对象模块负责将三组K,、K,、K a 参数以及轨迹误差e通过积分
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工业 机器人 三重 增量 模糊 控制 及其 虚拟 验证
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。