工业机器人动力学建模与控制策略研究

工业机器人动力学建模与控制策略研究

近年来，工业机器人的应用越来越广泛，被广泛应用于生产领

域中的自动化加工、装配、搬运等工作。在工业生产中，提高机

器人的运动精度和运动速度，优化运动轨迹等方面有着十分重要

的意义。本文将研究工业机器人的动力学建模与控制策略。

一、工业机器人动力学建模

动力学是研究物体运动学量与物体受力量之间关系的学科。在

工业机器人中，动力学建模可以更加准确地描述机器人运动轨迹，提高运动精度以及运动速度。工业机器人动力学建模需要涉及多

个方面，包括机械结构、电气系统、运动控制、传感器等。

1、机械结构建模

机械结构是工业机器人的基础，是机器人运动学和动力学建模

的基础。机械结构建模需要以机器人的基本构件为基础，例如机座、臂、肘、手、手腕和抓握器等。机械结构的建模可以通过逐

一分析构件关节的运动学参数，来推导机器人的整体运动学模型。

2、电气系统建模

工业机器人的电气系统包括控制器、伺服电机、编码器、传感

器等多个部分，需要对每个部分单独进行建模。控制器是整个机

器人的控制中心，可以进行位置、速度控制以及运动轨迹规划等。

伺服电机是机器人实现传动的主要部分，通过传送控制器提供的运动命令，来驱动机械结构的运动。编码器可以反馈机器人的运动状态，用于判断机器人的实际位置以及速度等信息。传感器可以为机器人提供外部环境信息，例如力、触觉、视觉、声音等。

3、运动控制建模

机器人控制是整个机器人系统的核心，运动控制建模的主要任务是确定机器人的运动控制算法。在实际应用中，通常采用基于PID控制器的位置、速度控制算法。这种算法可以实现机器人的优化控制，使得其具备良好的鲁棒性和稳定性。

二、工业机器人控制策略研究

工业机器人的控制策略是实现机器人控制和运动的关键。在实际应用中，需要考虑工业机器人的工作环境、任务性质以及要求等多重因素，同时也需要考虑机器人控制的稳定性和鲁棒性等。下面简要介绍几种常用的工业机器人控制策略：

1、位置控制

在位置控制中，机器人的目标是经过一定的时间或指定的时间到达一个特定的位置。该控制策略可以实现对机器人运动的高度控制，具有精度高和控制简单等特点。

2、速度控制

在速度控制中，机器人的目标是根据预设的速度曲线来完成机器人的运动，可以实现相对于时间的高精度控制。该控制策略具有优异的动态性能和平滑性能，适用于对运动周期和速度的变化要求较高的场合。

3、力控制

力控制是机器人的一种高级控制模式，可以根据设定的控制算法来控制机器人的外部力和反馈。该控制策略适用于需要进行物体捉取、搬运、割裂等操作的场合，可以优化机器人的动态性能和运动速度。

4、跟踪控制

跟踪控制是一种实时响应的高级控制模式，可以实现对时间的精确控制。该控制策略适用于需要跟踪目标轨迹的场合，对于机器人的精密操作非常有用。

结论

工业机器人动力学建模和控制策略研究是实现工业机器人控制和优化的基础，可以提高工业机器人的运动精度和速度，同时也可以满足工业生产对机器人的高要求。因此，对于工业机器人的动力学和控制策略研究有着十分重要的意义。