结 论 43

致 谢 44

参 考 文 献 45

本科毕业设计说明书 第 1 页

1 绪论

1。1 课题背景意义与来源

目前，工业机器人已经非常普遍地应用于许多不同的场合，而低速高精度控 制则是机器人控制里很重要的一个研究内容，工业上很多伺服系统需要具备低速 平稳性以及高跟踪精度。比如广泛应用于在汽车、军工等领域的激光切割机器人， 需要在低速下跟踪复杂的三维曲线，作业过程中也会常需要跟踪频繁的换向以及 小信号轨迹，要求具有较高的轨迹跟踪精度。应用于医疗领域的外科手术机器人 为了克服医疗人员手部颤抖的缺陷，良好的低速平稳性和精度是必备的。但是在 低速高精确度的运动控制方面仍存在着一些不足需要弥补，在低速运动时，普遍 存在着以下这些问题，平稳性比较低、速度波动较大、控制精度相对较差，此外， 在低速运动时，很难跟踪小信号轨迹[1]。

目前针对机器人低速高精度控制的研究还不多，为了改善低速性能，需要从 不同的方面考虑造成低速运动性能差的原因。除了系统机械结构以及运动执行器 本身低速性能的影响以外，影响低速性能的一个重要因素是机器人系统中的非线 性摩擦环节。摩擦存在于机器人关节内部、各个轴间、齿轮等各个环节，包括滚 动摩擦和滑动摩擦。虽然在很多时候,摩擦力不大造成的的影响很小,但在低速时， 非线性摩擦就不能忽略了，它会造成加大跟踪误差、低速爬行、极限环振荡等现 象，从而降低了运动的平稳性和精度[2]。

因此，本文研究了影响工业机器人性能的主要摩擦种类，对摩擦进行建模并 进行补偿来减小摩擦对系统低速性能的不利影响，以此提高系统性能。

1。2 影响低速性能的因素分析

机器人系统在运行过程中,存在着以下这些因素会降低轨迹跟踪精度[3]。

（1）系统机械结构设计因素

（2）测量器件的分辨率

（3）在工作过程中环境的变化、负载的突变等外部干扰的影响

（4）非线性环节的影响

（5）电机力矩波动

关节摩擦是会对系统性能尤其低速性能造成较大的不良影响的非线性环节， 会使得机器人在运行速度较低和运行方向改变时伺服系统性能恶化[3]。

1。3 摩擦力补偿方式概述

为了减小摩擦力，我们虽然可以通过对机械结构的设计进行改善，比如尽量 减少传动环节，选用摩擦较小的元器件和结构，但是这些受到制造成本以及制造 水平等现实因素的制约，而且对摩擦的控制效果也不是很好，所以近年来经过了 大量的研究工作，总结出以下两种基于控制算法补偿技术：一种是基于摩擦模型 进行摩擦补偿，还有一种是不基于摩擦模型进行补偿。

1。3。1 基于摩擦模型的摩擦补偿论文网

基于模型的摩擦补偿在本质上是根据建立的摩擦模型在控制系统中加入相 应的前馈来对系统中存在的非线性摩擦环节进行补偿和控制,即将测量出的系统 的位置速度等状态变量的值代入摩擦模型估计出摩擦力的大小,然后将该值加入 控制力矩中,从而对摩擦环节造成的不良影响进行补偿[4]。

图 1。1 基于模型的摩擦补偿的基本结构