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高速重载码垛机器人能耗最优轨迹规划和控制研究实验系统软件结构

时间：2017-07-27 来源：机器人在线阅读：7476 原创

码垛机器人C6640型号工控机支持TwinCAT3的编译环境，而TwinCAT3集成了PLC、NC功能，其操作系统为实时操作系统，实时控制周期仅为50us，可满足控制算法的实时性要求，这给控制算法的实时性提供了软件基础。

TwinCAT3的软件原理图如图5-3所示。软PLC模块主要完成计算及输出信号发出的功能，其主要分为运动控制模块和逻辑控制模块。运动控制模块与驱动器中的虚拟轴模块NC相连接，运动控制信号输入到NC轴后，NC轴输出电流输入到伺服电机，实现对电机的运动控制。电机编码器与NC轴相连，将电机的实际位置反馈到NC中，进而反馈到PLC中，根据偏差量对控制量进行调整。此外，软PLC的逻辑控制模块与输入、输出模块进行通讯，可以实现电机的急停及限位功能。

在软PLC中实现控制算法时，首先利用Simulink框图完成控制器的设计，利用TwinCAT的Matlab接口将Simulink程序转化为PLC语言，并将程序的输出与伺服电机的输入进行连接，即完成了控制程序的软件实现。

5.3机器人关节摩擦模型辨识实验

根据4.2.2节中的摩擦辨识原理，对机器人3个关节的摩擦参数进行辨识。实验通过闭环控制的方法，对单关节进行闭环位置控制，实现各关节在不同速度下的正反向匀速运动，记录电机轴的输出力矩序列，重复多次求均值，最后通过最小二乘法对数据进行处理，拟合得到摩擦模型参数。但是三个关节的辨识实验略有不同，由式(4-6)知，一轴的输出力矩无重力项，而二、三轴的输出力矩中包含重力项，所以一轴的摩擦可以直接使用电机输出力矩表示，而二、三轴的摩擦力辨识则需要引入重力补偿。

摩擦特性曲线分别如图5-4, 5-5 , 5-6所示。

码垛机器人对比摩擦力实测值与拟合出的曲线可以看出，机器人关节在低速运行情况下，摩擦力的大小随速度的增大而减小，当速度较高时，关节摩擦与速度之间呈现出较好线性关系，这说明选取的LuGre模型及拟合所得的模型参数能较好地解释Stribeck效应，与实际摩擦特性基本吻合。此外，从表5-1中的均方差值可以看出，对摩擦模型参数拟合的均方差值较小，说明参数辨识精度较高，当根据辨识模型在控制系统中引入摩擦补偿时，有利于控制精度的提高。

码垛机器人高速重载码垛机器人能耗最优轨迹规划和控制研究技术干货

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