Page 136 - 工业机器人控制技术研究

R 工业机器人控制技术研究
esearch on Control Technology of Industrial Robot

础上通过仿真获得了共享直流总线节能率与占空比、恢复电流、负载电流指标的
关系，仿真显示节能效果可达 30%，而且其效果不依赖于机器人的数量。
（三）低功耗工业机器人选择

针对给定的工作任务及机电系统，合理地选择工业机器人不仅能够保证效率、
工作范围、精度、载荷等要求，同时能够降低能量消耗。Li 等在一定条件下比较
具有相同驱动电机和工作空间的串联和并联机器人，结果显示并联机器人平均能
耗为串联机器人的 26%，且效果不受速度、加速度和静载荷影响，但并联机器人

需要更大的设计尺寸实现相同的工作空间，从而从能耗角度为串并联机器人选型
提供参考。Glodde 等应用动量守恒原理，将大转矩电机和滑环结合，建立了一
种三个自由度驱动平面机器人原型，利用功率分析仪测量该系统与传统机器人能
量消耗，结果显示在拾取—放置操作中其能耗远低于传统工业机器人系统。

同时，部分研究认为采用冗余驱动系统为更高效地任意分配电机驱动扭矩提
供了选择，是降低工业机器人能耗的可行方案。Lee 等提出了一种利用冗余驱动
并联机构实现机器人节能的方法，以两自由度并联机械手为平台，建立能耗模型
并分析其能量消耗，采用二次规划方法最优化转矩分配，从而降低了峰值扭矩和

摩擦损失，节省了 26.1% 的能量消耗，证明了该方案的可行性。Ruiz 等研究了
增加运动学冗余对并联机器人能耗的影响，建立了 3RRR 平面并联机器人和其冗
余变型的能耗模型，利用遗传算法优化了轨迹，比较结果显示在并联机器人上增
加运动冗余可以降低机器人系统能耗，且 3（P）RRR 形式能量效率最高。上述

研究为工业机器人选型提供了一定的参考：根据任务特点及任务布局，合理选用
机器人串并联形式、自由度数目等技术指标，能够在一定程度上降低机器人的能
量消耗。
硬件方法能够在一定程度上降低机器人能耗，并且相关研究取得了显著的成

果，但硬件方法仅适用于机器人设计阶段，新材料、新结构制作成本高，能量存
储与共享制备涉及硬件改动较大，对处于成熟生产周期的工业机器人，此方法缺
点明显，因此需要从软件方法上进行考虑，从而避免过多改动。

二、软件方法：轨迹优化及任务调度

工业机器人的运动程序通常是由示教或离线编程得到的，其执行拾取—放置
任务时大都采用如图 4-1（1）所示路径，该种运动方式存在频繁的运动方向的突

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