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4.6 Copley驅(qū)動器運動參數(shù)讀取實驗

由于Delta機器人使用的直驅(qū)力矩電機精度較高，其旋轉(zhuǎn)編碼器的精度高達 405000c〇Unt, —般的伺服驅(qū)動器難以達到如此高的控制精度，Copley驅(qū)動器是使用成熟的一類高性能驅(qū)動器，其交流伺服驅(qū)動器體積緊湊、輸出功率大并滿足所需的高精度控制要求，所以選擇了 Copley交流伺服驅(qū)動器對高精度直驅(qū)力矩電機進行PID控制。

為了對三種方法軌跡規(guī)劃程序結(jié)果的實際應(yīng)用價值進行驗證，從驅(qū)動器中讀取了驅(qū) 動電機的實際運行參數(shù)，并與仿真結(jié)果進行對比。實驗中，物體釋放（時間為0.6S)處

沒有時間間隔，末端抓取物體質(zhì)量約為1千克（實際抓取物體質(zhì)量大于1千克），運行速度60次/分。其中，紅色實線為仿真計算得到的擬合曲線，綠色實線為驅(qū)動器指令曲線，黑色虛線為驅(qū)動電機實際運行曲線，紫紅色虛線為沒有末端物體質(zhì)量時驅(qū)動電機實際力矩曲線。

4.6.1關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃實驗參數(shù)讀取

圖4-4為關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制得到的位移-速度實驗曲線, 由圖可知，左右驅(qū)動電機實際位移跟隨仿真擬合曲線，左驅(qū)動電機在物體釋放位置（0.6S 附近）出現(xiàn)微小的位移過沖，在返回抓取位置時，左驅(qū)動電機有微小的欠位移；右驅(qū)動電機在物體釋放位置出現(xiàn)微小的欠位移，在返回抓取位置時，右驅(qū)動電機出現(xiàn)微小的位移過沖。左右驅(qū)動器速度指令曲線跟隨仿真擬合曲線并在其附近抖動，在返回抓取位置時，左驅(qū)動電機速度指令曲線不為零，右驅(qū)動電機速度指令曲線出現(xiàn)過沖；左右驅(qū)動電機實際速度曲線跟隨指令速度曲線，實際速度峰值大于仿真擬合曲線速度峰值，在返回抓取位置時，右驅(qū)動電機實際速度曲線出現(xiàn)過沖。

圖4-5為關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制得到的驅(qū)動電機力矩實驗曲線，選取仿真擬合曲線力矩峰值為80W.m。由圖可知，左右驅(qū)動電機實際力矩曲線與指令力矩曲線重合，實際力矩曲線與擬合力矩曲線趨勢大體相同，在物體抓取階段（0 至0.1S附近），左右實際保持力矩均小于仿真擬合力矩峰值，在運行階段，左右實際力矩峰值較仿真擬合力矩曲線峰值分別高出大約30A^m、lOA^.m，在返回抓取位置時，左右實際力矩曲線均有不同程度的抖動，左右實際力矩峰值較未施加末端質(zhì)量時的實際力矩峰值高出大約60A^m、40A^m,可見末端執(zhí)行器抓取物體質(zhì)量對機器人驅(qū)動電機的實際力矩曲線影響很大。

4.6.2工作空間軌跡規(guī)劃實驗參數(shù)讀取

圖4-6為工作空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制得到的位移-速度實驗曲線, 由圖可知，左右驅(qū)動電機實際位移跟隨仿真擬合曲線，部分位移曲線段跟隨性較差，左驅(qū)動電機在物體釋放位置（0.6S附近）出現(xiàn)微小的位移過沖；右驅(qū)動電機在物體釋放位置出現(xiàn)微小的欠位移，在返回抓取位置時，右驅(qū)動電機出現(xiàn)微小的位移過沖。左右驅(qū)動器速度指令曲線與仿真擬合速度曲線有較大差距，左驅(qū)動電機速度指令曲線峰值大小與擬合曲線速度峰值大小相差大約并且左驅(qū)動電機速度指令曲線與仿真擬合曲線之間的跟隨性較差，在返回抓取位置時，左驅(qū)動電機速度指令曲線不為零；右驅(qū)動電機速度指令曲線峰值大小與擬合曲線速度峰值大小相差大約并且右驅(qū)動電機速度指令曲線有較大的抖動，與仿真擬合曲線之間的跟隨性較差，在返回抓取位置時, 右驅(qū)動電機速度指令曲線出現(xiàn)過沖。左右驅(qū)動電機實際速度曲線跟隨指令速度曲線，由于驅(qū)動電機性能及其負載限制，左驅(qū)動電機實際速度曲線峰值大小與指令速度曲線峰值大小相差較大約為在返回抓取位置時，左驅(qū)動電機實際速度曲線不為零，右驅(qū)動電機實際速度曲線出現(xiàn)過沖，左右驅(qū)動電機的實際速度曲線峰值大小均大于擬合曲線速度峰值大小。

圖4-7為工作空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制得到的力矩實驗曲線，選取仿真擬合曲線力矩峰值為lOOW.m。由圖可知，在物體抓取階段（0至0.1S附近），左右實際保持力矩均小于仿真擬合保持力矩。在0.6S附近，由于驅(qū)動電機峰值力矩限制，左驅(qū)動電機實際力矩曲線峰值不能達到指令力矩曲線峰值，并且，實際力矩曲線維持在驅(qū)動電機力矩峰值，其余擬合曲線段，實際力矩曲線與指令力矩曲線重合，左實際力矩曲線與擬合力矩曲線趨勢大體相同，但峰值力矩大小相差較大約為60W*m;右驅(qū)動電機實際力矩曲線與指令力矩曲線重合，在0.6S至0.8S附近，實際力矩曲線抖動較大，幾乎為整個運行周期的波峰和波谷，在此階段，實際力矩曲線性能較差，可能會引起機器人手臂的自激振蕩，右實際力矩曲線與擬合力矩曲線趨勢有一定差距，并且，峰值力矩大小相差較大約為45W.m。在返回抓取位置時，左右實際力矩曲線均有不同程度的抖動，左右買際力矩峰值大小較未施加末端質(zhì)量時的買際力矩峰值大小尚出大約30 N • m、

圖4-8為混合空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制得到的位移-速度實驗曲線, 由圖可知，左右驅(qū)動電機實際位移曲線跟隨仿真擬合曲線，并且左右驅(qū)動電機的位移曲線跟隨性均較好，左驅(qū)動電機在物體釋放位置（0.6S附近）出現(xiàn)微小的位移過沖，在返回抓取位置時，左驅(qū)動電機有微小的欠位移；右驅(qū)動電機在物體釋放位置沒有出現(xiàn)欠位移或位移過沖，在返回抓取位置時，右驅(qū)動電機有微小的位移過沖。左右驅(qū)動器速度指令曲線跟隨仿真擬合曲線并稍有抖動，并且左右驅(qū)動電機的速度曲線跟隨性均較好，速度指令曲線峰值大小與仿真擬合曲線速度峰值大小接近，在返回抓取位置時，左驅(qū)動電機速度指令曲線不為零，右驅(qū)動電機速度指令曲線出現(xiàn)過沖；左右驅(qū)動電機實際速度曲線跟隨指令速度曲線，實際速度峰值稍大于仿真擬合曲線速度峰值，并且，實際速度曲線抖動較小，在返回抓取位置時，左右驅(qū)動電機實際速度曲線均出現(xiàn)不同程度的過沖。

圖4-9為混合空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制得到的力矩實驗曲線，選取仿真擬合曲線力矩峰值為90W.m。由圖可知，左右驅(qū)動電機實際力矩曲線與指令力矩曲線重合，實際力矩曲線與擬合力矩曲線趨勢大體相同，在物體抓取階段（0至0.1S附近），左右實際保持力矩均小于仿真擬合力矩峰值，在運行階段，左實際力矩峰值較仿真擬合力矩曲線峰值高約右實際力矩峰值與仿真擬合力矩曲線峰值大體相同，在返回抓取位置時，左右實際力矩曲線均有不同程度的抖動，左右實際力矩峰值較未施加末端質(zhì)量時的實際力矩峰值高出大約40W.m、30W.m。

總結(jié)，關(guān)節(jié)空間和混合空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制，得到的實際位移 -速度曲線跟隨對應(yīng)的仿真擬合曲線效果較好，而工作空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制，得到的實際位移-速度曲線跟隨仿真擬合曲線效果相對較差，關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī) 劃結(jié)果的實際控制角速度曲線峰值稍大于混合空間軌跡規(guī)劃結(jié)果的實際控制角速度曲線峰值，工作空間軌跡規(guī)劃結(jié)果的實際控制角速度峰值大于其他兩種軌跡規(guī)劃結(jié)果的實際控制角速度峰值。

關(guān)節(jié)空間和混合空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制，得到的實際力矩曲線峰值相近，均小于工作空間軌跡規(guī)劃結(jié)果對機器人進行實際控制得到的實際力矩曲線峰值, 因此，關(guān)節(jié)空間和混合空間的軌跡規(guī)劃方法更有利于提高機器人的實際運行速度，并且，工作空間軌跡規(guī)劃法得到的實際控制力矩曲線峰值達到了力矩電機的實際峰值力矩，甚至，命令力矩曲線峰值超出了力矩電機的實際峰值力矩，相對于其他兩種軌跡規(guī)劃方法，工作空間軌跡規(guī)劃方法不利于機器人的實際控制，實際測試結(jié)果與理論研宄結(jié)果相符。

對三種軌跡規(guī)劃結(jié)果得到的實際力矩進行分析可知，在0到0.1S的力矩保持階段，實測力矩均小于仿真力矩，在機器人的運行階段，實測力矩均大于仿真力矩，分析誤差主要有以下原因：

力矩曲線是根據(jù)Copley驅(qū)動器中電機驅(qū)動電流轉(zhuǎn)換得到，選取的力矩常數(shù)是該電機的設(shè)計參數(shù)，與實際參數(shù)之間會有百分之十以內(nèi)的誤差。

⑵機器人的動力學(xué)模型是簡化的動力學(xué)模型，省略了對驅(qū)動電機動力學(xué)參數(shù)影響較小的桿件的轉(zhuǎn)動動能。

⑶機器人的動力學(xué)模型中，沒有考慮較為復(fù)雜的各關(guān)節(jié)之間的摩擦對所需驅(qū)動電機動力學(xué)性能的影響。

⑷實驗過程中，機器人末端執(zhí)行器抓取物體實際質(zhì)量為1.075千克，大于理論計算中的1千克。

由于加工和手工裝配等方面的誤差，手臂的實際質(zhì)量應(yīng)大于動力學(xué)模型中使用的質(zhì)量，并且實測的下端桿件的關(guān)節(jié)軸承軸心距稍大于設(shè)計尺寸。

由于手工裝配等方面的誤差，機構(gòu)中兩個平行四桿機構(gòu)并不能保證絕對平行，在機器人的高速運行過程中會存在內(nèi)力損耗。

本文采摘自“高速并聯(lián)工業(yè)機械手臂分析設(shè)計與實現(xiàn)”，因為編輯困難導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！

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