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移动机器人操作机械手设计与分析
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你可能喜欢助力机械手提升系统及微操作力控制研究--《哈尔滨工程大学》2009年硕士论文
助力机械手提升系统及微操作力控制研究
【摘要】：
助力机械手提升系统是人机合作机器人的一个重要组成部分,如何有效地提高机械手的提升控制性能始终是研究学者关注的一个重要内容。本文分析了人机合作机器的发展现状和提升系统微操作力控制的研究现状,设计了一种新型的末端操作器,并对提升系统微操作力控制进行了研究。
本论文分析了基于力传感器和位移传感器来检测微操作力的方法后,提出了一种基于直线滑动式电位计检测微操作力的新方法。分析了末端操作器的工作原理,基于Matlab/SimMechanics对末端操作器进行了参数优化,研制了一种新型的末端操作器。根据把末端操作器检测的微操作力信号转化为系统的速度指令和位移增量指令,提出了适应提升系统微操作力控制的速度控制策略和位移增量控制策略。建立了助力机械手提升系统的数学模型,分别对速度和位移增量两种控制策略进行了仿真分析。
助力机械手提升控制系统采用两级控制结构,上位机和下位机均以ATmega16L为控制核心构成微控制系统。下位机负责采集末端操作器信号,上位机接收下位机信息,完成控制策略算法,实现负载顺应人的操作而升降运动控制。
基于dSPACE实验平台,应用ControlDesk虚拟平台对提升伺服电动机的控制参数进行了在线优化,并建立了提升系统微操作力控制实验模型,并分别对速度和位移增量两种控制策略进行了实验研究。实验结果表明:两种控制策略均具有较好的平稳性和快速性,操作者施加较小的操作力,提升系统就能顺应人的操作升降负载,能够满足操作者提升操作的柔顺行要求,适合于提升系统的微操作力提升控制。
【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：TP242【目录】：
Abstract6-10
第1章 绪论10-18
1.1 选题的目的及意义10-11
1.2 国外发展概况11-15
1.3 国内发展现状15-16
1.4 论文主要工作内容16-18
第2章 系统总体方案18-26
2.1 提升系统方案18-21
2.1.1 提升装置设计18-19
2.1.2 末端操作器设计19-21
2.2 系统控制方案设计21-25
2.2.1 提升系统控制方式22-23
2.2.2 微操作力控制原理23
2.2.3 提升系统控制原理23-24
2.2.4 信号采集处理原理24-25
2.3 本章小结25-26
第3章 微操作力控制策略及仿真分析26-46
3.1 末端操作器建模及仿真26-31
3.1.1 末端操作器工作原理26-28
3.1.2 末端操作器建模28
3.1.3 末端操作器仿真分析28-31
3.2 提升系统建模31-32
3.3 速度伺服控制器设计32-37
3.3.1 PID控制原理33-35
3.3.2 控制器参数优化35-37
3.4 微操作力控制策略37-45
3.4.1 速度控制策略38-41
3.4.2 位移增量控制策略41-45
3.5 本章小结45-46
第4章 控制系统设计46-55
4.1 系统硬件电路设计46-51
4.1.1 单片机系统设计46-48
4.1.2 末端操作器滤波电路设计48-49
4.1.3 压力传感器放大滤波电路设计49-51
4.2 系统软件设计51-54
4.2.1 提升控制单片机软件设计51-52
4.2.2 信号采集单片机软件设计52-53
4.2.3 通讯协议的要求53-54
4.2.4 通讯协议的设计54
4.3 本章小结54-55
第5章 实验研究55-77
5.1 控制系统硬件调试55-56
5.1.1 单片机系统调试55
5.1.2 信号采集系统调试55-56
5.2 实验系统56-57
5.3 基于dSPACE的半实物仿真57-62
5.3.1 dSPACE半实物仿真技术57
5.3.2 控制参数优化选择57-62
5.4 微操作力控制策略实验62-76
5.4.1 压力传感器标定63-64
5.4.2 速度控制策略实验64-69
5.4.3 位移增量控制策略实验69-75
5.4.4 控制策略对比分析75-76
5.5 本章小结76-77
参考文献78-82
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果82-83
欢迎：、、)
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