Copley驱动器运动参数读取实验|加工中心

4.6 Copley驱动器运动参数读取实验

由于Delta机器人使用的直驱力矩电机精度较高，其旋转编码器的精度高达 405000c〇Unt, —般的伺服驱动器难以达到如此高的控制精度，Copley驱动器是使用成熟的一类高性能驱动器，其交流伺服驱动器体积紧凑、输出功率大并满足所需的高精度控制要求，所以选择了 Copley交流伺服驱动器对高精度直驱力矩电机进行PID控制。

为了对三种方法轨迹规划程序结果的实际应用价值进行验证，从驱动器中读取了驱动电机的实际运行参数，并与仿真结果进行对比。实验中，物体释放（时间为0.6S)处

没有时间间隔，末端抓取物体质量约为1千克（实际抓取物体质量大于1千克），运行速度60次/分。其中，红色实线为仿真计算得到的拟合曲线，绿色实线为驱动器指令曲线，黑色虚线为驱动电机实际运行曲线，紫红色虚线为没有末端物体质量时驱动电机实际力矩曲线。

4.6.1关节空间轨迹规划实验参数读取

图4-4为关节空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制得到的位移-速度实验曲线, 由图可知，左右驱动电机实际位移跟随仿真拟合曲线，左驱动电机在物体释放位置（0.6S 附近）出现微小的位移过冲，在返回抓取位置时，左驱动电机有微小的欠位移；右驱动电机在物体释放位置出现微小的欠位移，在返回抓取位置时，右驱动电机出现微小的位移过冲。左右驱动器速度指令曲线跟随仿真拟合曲线并在其附近抖动，在返回抓取位置时，左驱动电机速度指令曲线不为零，右驱动电机速度指令曲线出现过冲；左右驱动电机实际速度曲线跟随指令速度曲线，实际速度峰值大于仿真拟合曲线速度峰值，在返回抓取位置时，右驱动电机实际速度曲线出现过冲。

图4-5为关节空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制得到的驱动电机力矩实验曲线，选取仿真拟合曲线力矩峰值为80W.m。由图可知，左右驱动电机实际力矩曲线与指令力矩曲线重合，实际力矩曲线与拟合力矩曲线趋势大体相同，在物体抓取阶段（0 至0.1S附近），左右实际保持力矩均小于仿真拟合力矩峰值，在运行阶段，左右实际力矩峰值较仿真拟合力矩曲线峰值分别高出大约30A^m、lOA^.m，在返回抓取位置时，左右实际力矩曲线均有不同程度的抖动，左右实际力矩峰值较未施加末端质量时的实际力矩峰值高出大约60A^m、40A^m,可见末端执行器抓取物体质量对机器人驱动电机的实际力矩曲线影响很大。

4.6.2工作空间轨迹规划实验参数读取

图4-6为工作空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制得到的位移-速度实验曲线, 由图可知，左右驱动电机实际位移跟随仿真拟合曲线，部分位移曲线段跟随性较差，左驱动电机在物体释放位置（0.6S附近）出现微小的位移过冲；右驱动电机在物体释放位置出现微小的欠位移，在返回抓取位置时，右驱动电机出现微小的位移过冲。左右驱动器速度指令曲线与仿真拟合速度曲线有较大差距，左驱动电机速度指令曲线峰值大小与拟合曲线速度峰值大小相差大约并且左驱动电机速度指令曲线与仿真拟合曲线之间的跟随性较差，在返回抓取位置时，左驱动电机速度指令曲线不为零；右驱动电机速度指令曲线峰值大小与拟合曲线速度峰值大小相差大约并且右驱动电机速度指令曲线有较大的抖动，与仿真拟合曲线之间的跟随性较差，在返回抓取位置时, 右驱动电机速度指令曲线出现过冲。左右驱动电机实际速度曲线跟随指令速度曲线，由于驱动电机性能及其负载限制，左驱动电机实际速度曲线峰值大小与指令速度曲线峰值大小相差较大约为在返回抓取位置时，左驱动电机实际速度曲线不为零，右驱动电机实际速度曲线出现过冲，左右驱动电机的实际速度曲线峰值大小均大于拟合曲线速度峰值大小。

图4-7为工作空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制得到的力矩实验曲线，选取仿真拟合曲线力矩峰值为lOOW.m。由图可知，在物体抓取阶段（0至0.1S附近），左右实际保持力矩均小于仿真拟合保持力矩。在0.6S附近，由于驱动电机峰值力矩限制，左驱动电机实际力矩曲线峰值不能达到指令力矩曲线峰值，并且，实际力矩曲线维持在驱动电机力矩峰值，其余拟合曲线段，实际力矩曲线与指令力矩曲线重合，左实际力矩曲线与拟合力矩曲线趋势大体相同，但峰值力矩大小相差较大约为60W*m;右驱动电机实际力矩曲线与指令力矩曲线重合，在0.6S至0.8S附近，实际力矩曲线抖动较大，几乎为整个运行周期的波峰和波谷，在此阶段，实际力矩曲线性能较差，可能会引起机器人手臂的自激振荡，右实际力矩曲线与拟合力矩曲线趋势有一定差距，并且，峰值力矩大小相差较大约为45W.m。在返回抓取位置时，左右实际力矩曲线均有不同程度的抖动，左右买际力矩峰值大小较未施加末端质量时的买际力矩峰值大小尚出大约30 N • m、

图4-8为混合空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制得到的位移-速度实验曲线, 由图可知，左右驱动电机实际位移曲线跟随仿真拟合曲线，并且左右驱动电机的位移曲线跟随性均较好，左驱动电机在物体释放位置（0.6S附近）出现微小的位移过冲，在返回抓取位置时，左驱动电机有微小的欠位移；右驱动电机在物体释放位置没有出现欠位移或位移过冲，在返回抓取位置时，右驱动电机有微小的位移过冲。左右驱动器速度指令曲线跟随仿真拟合曲线并稍有抖动，并且左右驱动电机的速度曲线跟随性均较好，速度指令曲线峰值大小与仿真拟合曲线速度峰值大小接近，在返回抓取位置时，左驱动电机速度指令曲线不为零，右驱动电机速度指令曲线出现过冲；左右驱动电机实际速度曲线跟随指令速度曲线，实际速度峰值稍大于仿真拟合曲线速度峰值，并且，实际速度曲线抖动较小，在返回抓取位置时，左右驱动电机实际速度曲线均出现不同程度的过冲。

图4-9为混合空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制得到的力矩实验曲线，选取仿真拟合曲线力矩峰值为90W.m。由图可知，左右驱动电机实际力矩曲线与指令力矩曲线重合，实际力矩曲线与拟合力矩曲线趋势大体相同，在物体抓取阶段（0至0.1S附近），左右实际保持力矩均小于仿真拟合力矩峰值，在运行阶段，左实际力矩峰值较仿真拟合力矩曲线峰值高约右实际力矩峰值与仿真拟合力矩曲线峰值大体相同，在返回抓取位置时，左右实际力矩曲线均有不同程度的抖动，左右实际力矩峰值较未施加末端质量时的实际力矩峰值高出大约40W.m、30W.m。

总结，关节空间和混合空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制，得到的实际位移 -速度曲线跟随对应的仿真拟合曲线效果较好，而工作空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制，得到的实际位移-速度曲线跟随仿真拟合曲线效果相对较差，关节空间轨迹规划结果的实际控制角速度曲线峰值稍大于混合空间轨迹规划结果的实际控制角速度曲线峰值，工作空间轨迹规划结果的实际控制角速度峰值大于其他两种轨迹规划结果的实际控制角速度峰值。

关节空间和混合空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制，得到的实际力矩曲线峰值相近，均小于工作空间轨迹规划结果对机器人进行实际控制得到的实际力矩曲线峰值, 因此，关节空间和混合空间的轨迹规划方法更有利于提高机器人的实际运行速度，并且，工作空间轨迹规划法得到的实际控制力矩曲线峰值达到了力矩电机的实际峰值力矩，甚至，命令力矩曲线峰值超出了力矩电机的实际峰值力矩，相对于其他两种轨迹规划方法，工作空间轨迹规划方法不利于机器人的实际控制，实际测试结果与理论研宄结果相符。

对三种轨迹规划结果得到的实际力矩进行分析可知，在0到0.1S的力矩保持阶段，实测力矩均小于仿真力矩，在机器人的运行阶段，实测力矩均大于仿真力矩，分析误差主要有以下原因：

力矩曲线是根据Copley驱动器中电机驱动电流转换得到，选取的力矩常数是该电机的设计参数，与实际参数之间会有百分之十以内的误差。

⑵机器人的动力学模型是简化的动力学模型，省略了对驱动电机动力学参数影响较小的杆件的转动动能。

⑶机器人的动力学模型中，没有考虑较为复杂的各关节之间的摩擦对所需驱动电机动力学性能的影响。

⑷实验过程中，机器人末端执行器抓取物体实际质量为1.075千克，大于理论计算中的1千克。

由于加工和手工装配等方面的误差，手臂的实际质量应大于动力学模型中使用的质量，并且实测的下端杆件的关节轴承轴心距稍大于设计尺寸。

由于手工装配等方面的误差，机构中两个平行四杆机构并不能保证绝对平行，在机器人的高速运行过程中会存在内力损耗。

本文采摘自“高速并联工业机械手臂分析设计与实现”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！

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