發(fā)布時間：2020-03-27 22:17

【摘要】：近年來,汽車制造業(yè)發(fā)展迅猛,汽車電泳涂裝對輸送系統(tǒng)的要求越來越高。目前貫穿于涂裝生產(chǎn)線全過程的輸送設(shè)備,如RoDip輸送機(jī)和多功能穿梭機(jī)等均為懸臂梁串聯(lián)機(jī)構(gòu),其柔性化程度不高且承載能力較差�；炻�(lián)機(jī)構(gòu)將串、并聯(lián)機(jī)構(gòu)合理結(jié)合,具有高剛度、高承載和動態(tài)特性好的優(yōu)點。為此,本課題組基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)研制了一種新型汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機(jī)器人。混聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)是一種強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合的多輸入多輸出復(fù)雜系統(tǒng),與運(yùn)動學(xué)控制相比,動力學(xué)控制考慮混聯(lián)機(jī)器人的動力學(xué)特性與耦合關(guān)系,可獲得更好的控制效果,因此本文研究采用動力學(xué)控制方法。但混聯(lián)機(jī)器人的動力學(xué)模型較為復(fù)雜,難以獲得準(zhǔn)確的動力學(xué)模型,因此存在建模誤差,此外,混聯(lián)機(jī)器人在實際控制中存在摩擦力以及外部隨機(jī)干擾等諸多不確定性問題,上述不確定性均會對混聯(lián)機(jī)器人的控制性能產(chǎn)生不良影響�？紤]到超螺旋滑模控制不僅保持了傳統(tǒng)滑�？刂频聂敯粜�,可以使得滑模變量及其導(dǎo)數(shù)在不確定性影響下同時收斂,且能夠在一定程度上抑制滑模控制所帶來的抖振問題,因此本文研究引入超螺旋二階滑�？刂品椒ㄒ越鉀Q系統(tǒng)的不確定性問題。但超螺旋二階滑�？刂品椒�為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性,需要其切換增益大于系統(tǒng)中不確定性的上界。在實際工程環(huán)境中,由于不確定性上界未知,因此超螺旋二階滑�？刂魄袚Q增益的選取要求應(yīng)盡可能大,以克服電泳涂裝輸送過程中最惡劣情況下的不確定性。但過大的切換增益會引起滑�？刂贫墩窈蛨�(zhí)行器飽和問題。為解決上述問題,本文引入新型增益自適應(yīng)律,通過設(shè)計一種自適應(yīng)規(guī)則動態(tài)調(diào)節(jié)超螺旋二階滑�？刂破鞯那袚Q增益,使得超螺旋二階滑�？刂破髟诒ＷC系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時可選取較小的切換增益,以進(jìn)一步削弱滑�？刂贫墩�,避免執(zhí)行器飽和。此外,自適應(yīng)超螺旋二階滑�？刂破鹘o混聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)帶來魯棒性的同時會在一定程度上犧牲其標(biāo)稱控制性能。為此,本文引入擾動觀測器,進(jìn)一步提出一種新型自適應(yīng)魯棒二階滑�？刂品椒�,通過實際系統(tǒng)的輸出與狀態(tài)信息對混聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)中的不確定性進(jìn)行有效觀測,并通過前饋作用主動補(bǔ)償不確定性對混聯(lián)機(jī)器人控制性能的不良影響,以提高系統(tǒng)的魯棒性和控制精度。擾動觀測器的突出優(yōu)勢在于其可以與原有控制器分開設(shè)計,在不改變原有控制器的基礎(chǔ)上提高汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機(jī)器人在存在未知不確定性的復(fù)雜情況下的控制性能。本文首先綜述了現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送設(shè)備和混聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展概況,然后從混聯(lián)機(jī)器人控制過程中存在的不確定性、運(yùn)動學(xué)分析、動力學(xué)建模以及控制方法等方面詳細(xì)分析了國內(nèi)外混聯(lián)機(jī)器人相關(guān)研究現(xiàn)狀以及存在的問題。接著,針對汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析,建立輸送用混聯(lián)機(jī)器人位置逆解方程,求解雅克比矩陣,并根據(jù)汽車電泳涂裝工藝要求和樣機(jī)參數(shù),確定輸送用混聯(lián)機(jī)器人末端執(zhí)行器的期望運(yùn)動軌跡。在運(yùn)動學(xué)分析基礎(chǔ)上,采用拉格朗日法建立了輸送用混聯(lián)機(jī)器人的動力學(xué)模型�；�于該混聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)模型,為克服建模誤差、摩擦力以及外界干擾等不確定因素對其控制性能的不良影響,本文提出一種自適應(yīng)超螺旋二階滑�？刂品椒�,同時引入擾動觀測器以估計并補(bǔ)償系統(tǒng)中存在的不確定性,提高系統(tǒng)魯棒性。接著運(yùn)用Lyapunov穩(wěn)定性定理證明本文所提出控制算法的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上,利用MATLAB/Simulink軟件對所提出的控制算法進(jìn)行仿真,通過與固定增益的超螺旋二階滑�？刂破骱臀唇Y(jié)合擾動觀測器的自適應(yīng)超螺旋二階滑�？刂破鬟M(jìn)行比較,結(jié)果表明:在存在建模誤差、摩擦力以及外界干擾等不確定因素情況下,自適應(yīng)魯棒二階滑�？刂凭哂休^好的跟蹤控制性能,同時能有效削弱滑模抖振。最后,根據(jù)輸送用混聯(lián)機(jī)器人的控制要求,采用“上位機(jī)+下位機(jī)”的分布式控制方式,完成控制系統(tǒng)硬件設(shè)計,基于MFC軟件開發(fā)平臺和Pcomm32W.dll動態(tài)鏈接庫開發(fā)上位機(jī)應(yīng)用程序,基于Pewin32Pro2開發(fā)下位機(jī)的運(yùn)動控制程序,完成控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。最后基于該樣機(jī)實驗平臺,對所提出的自適應(yīng)魯棒二階滑模控制算法與未結(jié)合擾動觀測器的自適應(yīng)二階滑�？刂扑惴ㄟM(jìn)行實驗對比,分析實驗結(jié)果以驗證本文所提出自適應(yīng)魯棒二階滑�？刂扑惴ǖ挠行�性與優(yōu)越性。
【圖文】：

所需的各道工藝，并將涂裝合格的汽車車身輸送至汽車裝配車間流水線上。汽車電泳涂裝輸送用機(jī)器人根據(jù)涂裝工藝要求和工件尺寸與質(zhì)量的不同，可分為連續(xù)式和間歇式機(jī)器人。其中，圖1.1—圖1.4分別為懸掛鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、擺桿式輸送機(jī)、全旋反向浸漬輸送機(jī)、多功能穿梭機(jī)的示意圖。懸掛鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)容易造成槽液和車身污染，存在車頂氣包問題[7]；擺桿式輸送機(jī)解決了車體和槽液污染問題，但同樣無法徹底消除車頂氣包[8]；全旋反向浸漬輸送機(jī)和多功能穿梭機(jī)車型適用范圍廣，但技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備成本高[9]。此外，現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送設(shè)備均采用懸臂結(jié)構(gòu)，其承載能力較差，柔性化水平不高[10]�？紤]到上述因素，在國家自然科學(xué)

圖 1.1 普通懸掛鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng) 圖 1.2 擺桿式輸送系統(tǒng)Fig.1.1 The suspension conveyor Fig.1.2 The swing-rod conveyor圖 1.3 全旋反向浸漬輸送系統(tǒng) 圖 1.4 多功能穿梭機(jī)Fig.1.3 RoDip Fig.1.4 VarioShuttle汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機(jī)器人相比傳統(tǒng)的串聯(lián)和并聯(lián)機(jī)器人具有一定的優(yōu)勢，然而其相比串并聯(lián)機(jī)器人而言也具有更復(fù)雜的動態(tài)特性，增加了控制系統(tǒng)設(shè)計的難度。同時，
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;U468.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 任孝靜;王振;王彥龍;曹偉;洪亮;;RoDip-3陰極電泳不良問題淺析[J];現(xiàn)代涂料與涂裝;2015年08期

2 高國琴;秦天;方志明;;新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)多模型控制研究[J];制造業(yè)自動化;2015年12期

3 孫志娟;趙京;李立明;;串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析和綜合同步方法的應(yīng)用[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2014年03期

4 王庚祥;劉宏昭;龔春園;原大寧;;考慮關(guān)節(jié)摩擦效應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2013年11期

5 張清華;張憲民;;平面3-RRR柔性并聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)建模與分析[J];振動工程學(xué)報;2013年02期

6 李文剛;;先進(jìn)的汽車涂裝設(shè)備[J];汽車工藝與材料;2012年02期

7 張旭;;淺談涂裝車間常見的幾種前處理電泳輸送設(shè)備[J];現(xiàn)代涂料與涂裝;2010年07期

8 柳葉青;鄧振生;陳真誠;牟軒沁;;基于運(yùn)動控制卡的控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J];微計算機(jī)信息;2010年04期

9 劉善增;余躍慶;O@國寧;楊建新;蘇麗穎;;3自由度并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析[J];機(jī)械工程學(xué)報;2009年08期

10 姜銘;孫釗;秦康生;朱望東;;混聯(lián)機(jī)器人的分析與研究[J];制造業(yè)自動化;2009年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 曹園園;兩邊對稱型混聯(lián)機(jī)構(gòu)的滑模同步控制研究[D];江蘇大學(xué);2018年

2 張夢春;結(jié)合非線性擾動觀測器的新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)同步滑�？刂芠D];江蘇大學(xué);2017年

3 曹祥;混聯(lián)式輸送機(jī)構(gòu)的計算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)建及考慮執(zhí)行器飽和的控制研究[D];江蘇大學(xué);2016年

4 陳太平;新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)動力學(xué)建模及二階滑�？刂蒲芯縖D];江蘇大學(xué);2016年

5 程晟;電泳涂裝生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[D];華東理工大學(xué);2014年

，

本文編號：2603463