基于运动模块化技术的机器人控制系统研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘钊铭
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| 答辩日期 | 2019-11-25 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 赵忆文 |
| 关键词 | 机器人 运动模块化 运动描述语言 动态运动基元 工业以太网 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 模式识别与智能系统 |
| 其他题名 | Research of The Robot Comtrol System Based on Motion Modularity Technology |
| 英文摘要 | 机器人是融合了各种交叉学科尖端技术的机电系统，在现实世界中有着广泛的应用。随着“工业4.0”和人工智能时代的到来，新一代的机器人在本体上正在向轻量化、模块化方向发展，其功能也越发丰富，轨迹自动生成、参数自动辨识、力控制、人机协作等功能逐渐成为新一代机器人的标配。然而，机器人控制系统的架构却没有发生太大的变化，本质上还是上位控制器-电机驱动器的两级架构。由于机器人关节运动的中间点都由上位控制器产生，所以这种被广泛采用架构存在两种潜在的局限性： 1. 提高轨迹精度只能增加中间点的采样数量，这会产生巨大的数据通信量，大量数据可能超过总线系统带宽的上限。 2. 关节驱动器是一个被动的执行装置，只能接受上位控制器的指导，不能自主生成较为复杂的运动轨迹。 采用两级架构的传统机器人控制系统，相当于人类通过大脑直接指导每一块肌肉的运动。然而人类在进行运动的时候，大脑并没有过多思考肌肉和关节的运动细节。事实上，高等动物的神经系统采用三级架构（脑—脊髓中枢—肌肉）进行运动控制，其运动是通过对基本运动模块的组合生成的。这种运动控制架构，为克服机器人控制系统的局限提供了可能性。本文的主要贡献有： 1. 分析了现有机器人控制系统特点，参考神经科学的相关研究成果，模仿神经运动控制系统的结构，将运动模块化概念引入机器人系统，提出一种基于运动模块化技术的机器人控制系统架构，可以实现在不损失轨迹精度的前提下，降低总线实时数据传输量，提高关节自主性的诉求。 2. 研究了运动描述语言理论，将该理论与希尔伯特空间函数分解的相关理论结合，针对机械臂运动的特点，提出了用于机械臂轨迹生成的MDLg方法，初步建立了具有运动模块化特征的机器人控制系统。 3. 引入动态运动基元理论，解决了MDLg方法存在的动态性能不好、基元数量不定等问题，将反馈信号引入动态基元，为关节设计了一种DMP时间耦合控制器，提高了关节的抗干扰能力，建立了更为完善的运动模块化机器人控制系统。 本文的研究提供了一种可行的机器人控制系统运动模块化解决方案。基于本文提出的研究成果，设计了具有运动模块化功能的机器人控制系统，包含上位控制器、总线协议栈以及电机驱动器三个子系统，每部分都为运动模块化技术的实现开发了专用组件。该方案可以应用于实际的机器人控制系统，在不提高总线负载的前提下，改善机器人的运动性能。本文对EtherCAT系统和电机驱动器关键技术的研究开发亦有一定贡献。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 134页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/25942]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_机器人学研究室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘钊铭. 基于运动模块化技术的机器人控制系统研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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