第8期 2016年8月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)080157-04
DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.08.042
工业机器人工作过程中能耗最小控制策略
操鹏飞12,许德章1,2，汪步云"2,张家敏"2,杨伟超"-2
No.8 Aug.2016
（1.安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖241000；2.安普机器人产业技术研究院有限公司，安徽芜湖241007）
摘要：针对工业机器人作业过程中能耗高的问题，提出了一种工业机器人的能耗最小控制策略，有效降低六自由度串联工业机器人在指定轨迹下匀速工作过程中的能耗。在工业机器人腰部、大臂、小肾进行动力学建模基础上，针对机器人的腰关节、肩关节、肘关节等能耗较大关节的驱动电机建立其能耗模型。通过动力学模型和能耗模型推导出机器人目标能量函数，根据约束条件提出了机器人能耗最小控制策略。通过测量机器人各个关节不同转动速度时的电机的输入功率，理论能耗与实验的对比，验证了控制策略的有
效性。该控制策略可以有效降低工业机器人的作业能耗，节能增效，并对工业机器人具有普适性。关键词：工业机器人；动力学建模；能耗建模；能耗最小控制策略
中图分类号：TH166；TG659
文献标识码：A
Minimum Energy Consumption Control Strategy of Working Process of Industrial Robot CAO Peng-fei'-2,XU De-zhang"2, WANG Bu-yun'-2,ZHANG Jia-min'-2, YANC Wei-chao'-2
(1. School of Mechanical & Automotive Engineering,Anhui Polytechnic University, Wuhu Anhui 241000, Chi-na;2. Anpu Institute of Technology Robotics Industry Co. ,Ltd, Wuhu Anhui 241007,China)
Abstract: Aimed at the problem of high energy consumption in the process of industrial robots,a minimum energy consumption control strategy of industrial robot was proposed,it was to effectively reduce the six de gree of freedom series industrial robot energy consumption in the process of working at a constant speed un-der the specified path. Based on dynamics modeling of industrial robot waist,arm,forearm,the model was built of energy consumption in view of the drive motor of the robot waist joint, shoulder joint,elbow joint of ae consumption model, the minimum energy consumption control strategy was presented according to the con straint. The effectiveness of the control strategy was verified through measuring the motor input power of the robot each joint at different rotational speed,by the theoretical and experimental energy consumption con-trast. The control strategy can effectively reduce the operation energy consumption of the industrial robot,en ergy conservation and efficiency,and it had universality for industrial robot.
Key words: industrial robot; dynamics modeling;energy consumption modeling; minimum energy consump tioncontrol strategy
0引言
随着机器人技术的进步，工业化水平的提升和我国人口红利逐渐消退，工业机器人在各行各业得到了广泛应用。然而与行车等起吊设备相比，工业机器人在作业过程中需要更多的电能，如何有效地使用有限的能量同时不降低机器人工业效率变得至关重要。
综合国内外的研究，机器人步态和路径规划等方面针对能耗问题开展了大量研究工作(14)，而在工业机器人工作过程中，其运动速度亦影响其能耗，目前国内
收稿日期：2015-08-27；修回日期：2015-09-22·基金项目：国家自然科学基金资助项目（51175001）
逐步进行一些在对机器人伺服电机速度控制方面的能耗问题的研究。文献[5-6]得出能耗公式，用于比较不能的评价方法，没有针对某一因素进行研究。文献[7]针对两轮自平衡机器人建立了能耗函数并求解，得出最小能耗时的速度大小，从而提出了优化策略，而工业机器人运动复杂，变量多，两轮自平衡机器人的优化策略并不适用。文献[8]提出了多关节机器人的能耗优化策略，但其规划的速度变化曲线为梯形，过于理想化。因此深人研究工业机器人的能耗与其运动速度的关系，提出一套可行的控制策略很有必要。
作者简介：操鹏飞（1990—），男，安徽安庆人，安工程大学硕士研究生，研究方向为机器人机构与控制，（E-mail)563001142@qq.com。万方数据