自动充电机器人插拔过程轨迹规划和柔顺控制技术
发布时间：2022-12-04 04:09
随着电动汽车保有量的持续增加与充电技术的升级,市场中对于自动充电技术的需求日益提高。目前市场中自动充电机器人以位置控制为主,这将导致在进行充电插拔作业时机器人承受非期望力,减少机器人与充电装置的使用寿命。基于上述现象,提出了一种基于柔顺控制的自动充电机器人控制系统,在完成自动充电作业的同时保障作业过程的柔顺性,降低充电插拔过程中充电枪头的受力,保障机器人作业轨迹的柔顺。对基于Universal Robots（UR）5型机械臂的自动充电机器人运动学进行了分析。采用D-H参数法建立自动充电机器人关节坐标系,推导自动充电机器人正向运动学方程。根据所推导的机器人正向运动学,对传统的逆向运动学求解过程进行了研究,并总结分析了IKFast逆解算法的求解流程。使用MATLAB中的Robotics Toolbox验证所建立的自动充电机器人运动学的正确性,并对自动充电机器人的工作空间进行探究。在笛卡尔空间内,采用由二次函数过渡的线性轨迹规划方法对工作空间内的独立直线轨迹进行规划,实现直线运动中的速度与加速度的柔顺性。针对自动充电作业的特点,提出带有弧线过渡的空间连续直线规划方法,避免不同直线轨迹联结点出...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究背景
1.1.3 课题研究意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 主动柔顺控制研究现状
1.2.2 轨迹规划研究现状
1.2.3 国内外文献综述简析
1.3 主要研究内容
第2章 自动充电机器人运动学分析及插拔轨迹规划
2.1 引言
2.2 自动充电机器人运动学分析
2.2.1 自动充电机器人正向运动学
2.2.2 自动充电机器人逆向运动学
2.2.3 运动学正确性验证
2.2.4 机器人工作空间分析
2.3 插拔轨迹规划
2.3.1 笛卡尔空间独立直线轨迹的规划方法及仿真验证
2.3.2 笛卡尔空间连续直线的规划方法
2.3.3 路径规划算法
2.4 本章小结
第3章 充电插拔主动柔顺控制算法及调节策略设计
3.1 引言
3.2 充电插拔直接力反馈控制设计
3.2.1 直接力反馈调节策略
3.2.2 充电插拔直接力反馈控制建模
3.2.3 直接力反馈控制仿真分析
3.3 充电插拔导纳控制设计
3.3.1 导纳控制策略
3.3.2 充电插拔导纳模型的建立
3.3.3 导纳控制参数仿真分析
3.3.4 直接力反馈控制与导纳控制对比
3.4 插拔过程调整策略
3.4.1 接触阶段建模
3.4.2 接触阶段受力分析
3.4.3 插拔过程整体调节策略
3.5 本章小结
第4章 柔顺控制系统软硬件设计
4.1 引言
4.2 控制平台的硬件设计
4.2.1 控制平台总体功能设计
4.3 控制平台的软件设计
4.3.1 软件总体框架
4.3.2 ROS系统架构分析
4.3.3 六维力矩传感器驱动软件设计
4.3.4 柔顺控制器软件设计
4.3.5 人机界面软件设计
4.3.6 进程间通讯设计
4.4 本章小结
第5章 柔顺控制系统验证性试验
5.1 引言
5.2 试验平台的搭建
5.3 柔顺控制作业效果试验
5.3.1 插拔力对比
5.3.2 插拔功率对比
5.4 控制系数影响效果验证
5.4.1 直接力反馈控制系数验证
5.4.2 导纳控制系数验证
5.5 柔顺控制系统鲁棒性验证
5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国汽车行业低迷运行原因分析[J]. 李洋,张天放. 辽宁经济. 2020(05)
[2]中国新能源汽车发展历程回顾及未来展望[J]. 李茜,王昊,葛鹏. 汽车实用技术. 2020(09)
[3]新能源电动汽车发展历程、现状以及制造技术[J]. 张书桥. 金属加工(冷加工). 2020(04)
[4]中国新能源汽车行业发展水平分析及展望[J]. 唐葆君,王翔宇,王彬,吴郧,邹颖,许黄琛,马也. 北京理工大学学报(社会科学版). 2019(02)
[5]下肢外骨骼康复机器人人机交互力自适应导纳控制[J]. 屠尧,朱爱斌,宋纪元,申志涛,张小栋,曹广忠. 西安交通大学学报. 2019(06)
[6]一种改进粒子群的工业机器人时间最优轨迹规划算法[J]. 王玉宝,王诗宇,李备备,郭放达. 小型微型计算机系统. 2018(08)
[7]六自由度装配机器人的动态柔顺性控制[J]. 潘立,鲍官军,胥芳,张立彬. 浙江大学学报(工学版). 2018(01)
[8]基于模糊强化学习的微创外科手术机械臂人机交互方法[J]. 杜志江,王伟,闫志远,董为,王伟东. 机器人. 2017(03)
[9]工业机器人倍四元数轨迹规划算法的研究[J]. 李宏胜,汪允鹤,黄家才,施昕昕. 中国机械工程. 2016(20)
[10]基于力/位混合算法的7自由度机械臂精细操控方法[J]. 常健,王亚珍,李斌. 机器人. 2016(05)
博士论文
[1]基于势场法和遗传算法的机器人路径规划技术研究[D]. 刘传领.南京理工大学 2012
硕士论文
[1]基于sEMG的人机协作机械臂变阻抗示教技术研究[D]. 彭涛.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3707575
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究背景
1.1.3 课题研究意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 主动柔顺控制研究现状
1.2.2 轨迹规划研究现状
1.2.3 国内外文献综述简析
1.3 主要研究内容
第2章 自动充电机器人运动学分析及插拔轨迹规划
2.1 引言
2.2 自动充电机器人运动学分析
2.2.1 自动充电机器人正向运动学
2.2.2 自动充电机器人逆向运动学
2.2.3 运动学正确性验证
2.2.4 机器人工作空间分析
2.3 插拔轨迹规划
2.3.1 笛卡尔空间独立直线轨迹的规划方法及仿真验证
2.3.2 笛卡尔空间连续直线的规划方法
2.3.3 路径规划算法
2.4 本章小结
第3章 充电插拔主动柔顺控制算法及调节策略设计
3.1 引言
3.2 充电插拔直接力反馈控制设计
3.2.1 直接力反馈调节策略
3.2.2 充电插拔直接力反馈控制建模
3.2.3 直接力反馈控制仿真分析
3.3 充电插拔导纳控制设计
3.3.1 导纳控制策略
3.3.2 充电插拔导纳模型的建立
3.3.3 导纳控制参数仿真分析
3.3.4 直接力反馈控制与导纳控制对比
3.4 插拔过程调整策略
3.4.1 接触阶段建模
3.4.2 接触阶段受力分析
3.4.3 插拔过程整体调节策略
3.5 本章小结
第4章 柔顺控制系统软硬件设计
4.1 引言
4.2 控制平台的硬件设计
4.2.1 控制平台总体功能设计
4.3 控制平台的软件设计
4.3.1 软件总体框架
4.3.2 ROS系统架构分析
4.3.3 六维力矩传感器驱动软件设计
4.3.4 柔顺控制器软件设计
4.3.5 人机界面软件设计
4.3.6 进程间通讯设计
4.4 本章小结
第5章 柔顺控制系统验证性试验
5.1 引言
5.2 试验平台的搭建
5.3 柔顺控制作业效果试验
5.3.1 插拔力对比
5.3.2 插拔功率对比
5.4 控制系数影响效果验证
5.4.1 直接力反馈控制系数验证
5.4.2 导纳控制系数验证
5.5 柔顺控制系统鲁棒性验证
5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国汽车行业低迷运行原因分析[J]. 李洋,张天放. 辽宁经济. 2020(05)
[2]中国新能源汽车发展历程回顾及未来展望[J]. 李茜,王昊,葛鹏. 汽车实用技术. 2020(09)
[3]新能源电动汽车发展历程、现状以及制造技术[J]. 张书桥. 金属加工(冷加工). 2020(04)
[4]中国新能源汽车行业发展水平分析及展望[J]. 唐葆君,王翔宇,王彬,吴郧,邹颖,许黄琛,马也. 北京理工大学学报(社会科学版). 2019(02)
[5]下肢外骨骼康复机器人人机交互力自适应导纳控制[J]. 屠尧,朱爱斌,宋纪元,申志涛,张小栋,曹广忠. 西安交通大学学报. 2019(06)
[6]一种改进粒子群的工业机器人时间最优轨迹规划算法[J]. 王玉宝,王诗宇,李备备,郭放达. 小型微型计算机系统. 2018(08)
[7]六自由度装配机器人的动态柔顺性控制[J]. 潘立,鲍官军,胥芳,张立彬. 浙江大学学报(工学版). 2018(01)
[8]基于模糊强化学习的微创外科手术机械臂人机交互方法[J]. 杜志江,王伟,闫志远,董为,王伟东. 机器人. 2017(03)
[9]工业机器人倍四元数轨迹规划算法的研究[J]. 李宏胜,汪允鹤,黄家才,施昕昕. 中国机械工程. 2016(20)
[10]基于力/位混合算法的7自由度机械臂精细操控方法[J]. 常健,王亚珍,李斌. 机器人. 2016(05)
博士论文
[1]基于势场法和遗传算法的机器人路径规划技术研究[D]. 刘传领.南京理工大学 2012
硕士论文
[1]基于sEMG的人机协作机械臂变阻抗示教技术研究[D]. 彭涛.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3707575
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