本文關鍵詞：車載柔性機械臂軌跡規(guī)劃及準靜態(tài)變形補償控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學》 2014年

車載柔性機械臂軌跡規(guī)劃及準靜態(tài)變形補償控制

劉杰  

【摘要】：隨著科技的不斷進步與發(fā)展，機器人技術在工業(yè)生產中得到了廣泛的應用。然而，科技的發(fā)展與社會的需求也促使工業(yè)機器人本身需要提高。從最初的簡陋工業(yè)機器人到復雜的智能工業(yè)機器人，再到如今的輕型化、快速化以及高精度化的全自動智能工業(yè)機器人，工業(yè)機器人在不斷的更新換代。就車載機械臂而言，其研究方向已經從車載剛性機械臂轉向車載柔性機械臂。車載柔性機械臂與車載剛性機械臂相比，具有負載質量大、操作范圍廣、響應速度快、工作壽命長等優(yōu)點，因此，車載柔性機械臂的研究與發(fā)展是車載機械臂領域的一個趨勢。 然而，車載柔性機械臂得到發(fā)展的同時，也遇到了諸多問題，如：車載柔性機械臂的期望目標點與實際目標點之間是否有偏差，柔性桿的變形等。車載柔性機械臂要想在實際工程中得到應用，上述問題必須得以解決，特別是轉載大負載時柔性桿產生的彈性變形必須加以補償。如果不加以補償，將會影響到柔性桿末端位置的精度。所以，設計一種可靠的車載柔性機械臂的軌跡規(guī)劃、軌跡補償方法，變形補償算法及控制方法，具有重要的理論意義與廣闊的應用前景。 本文針對車載柔性機械臂工作時期望目標點與實際目標點之間是否有偏差的情況及大負載引起的彈性變形問題，分別對該系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃、軌跡補償及彈性變形補償等問題做了相關研究。本文的主要研究內容與工作如下： 首先，對車載柔性機械臂的系統(tǒng)模型進行了簡單的描述，并給出了系統(tǒng)的結構簡圖。根據系統(tǒng)結構簡圖，應用D-H參數法建立了該系統(tǒng)的正運動學模型，然后由傳統(tǒng)的反變換法得到了系統(tǒng)的逆運動學模型。運動學模型建立之后，根據拉格朗日法與假設模態(tài)法，對系統(tǒng)進行了動力學建模。 其次，針對車載柔性機械臂期望目標位置與實際目標位置之間是否有偏差的情況，分別對系統(tǒng)進行了軌跡規(guī)劃與軌跡補償研究。首先，考慮系統(tǒng)期望目標點與實際目標點之間無偏差，將系統(tǒng)的整個轉載周期分為七個子過程，每個子過程分解為水平轉載與垂直提升或下放兩個過程，然后根據笛卡爾空間與關節(jié)空間相結合的方法，對七個子過程中的水平轉載過程用五次多項式插值法進行軌跡規(guī)劃，垂直過程采用九段六次多項式插值法進行軌跡規(guī)劃。其次，考慮系統(tǒng)期望目標點與實際目標點之間有偏差，結合正運動學公式與變分法，可以求出目標點位置誤差引起的關節(jié)角補償變量，然后求出補償后的關節(jié)角變量，并在此基礎上得到補償后的關節(jié)角軌跡和末端位置軌跡。 再次，，大負載會使柔性桿產生彈性變形，該彈性變形會影響到末端位置的精度，因此，要想使柔性臂將負載準確地轉載到期望目標點，彈性變形必須加以補償。鑒于此，本文提出了一種有效的彈性變形補償方法—基于期望關節(jié)角的準靜態(tài)變形補償。首先，根據假設模態(tài)法求出柔性桿的彈性變形，并根據此變形計算出需要補償的期望關節(jié)角變量。其次，針對期望目標點與實際目標點之間是否有偏差的情況，分別對彈性變形進行了補償。再次，針對系統(tǒng)中振動模態(tài)及其導數的不可測性，設計了觀測器對其進行估計。最后，基于觀測器設計了滑模控制器以實現對系統(tǒng)期望軌跡的跟蹤。 最后，對本文的研究內容進行了仿真驗證，并做了幾組對比：軌跡補償前后對比、變形補償前后軌跡跟蹤效果對比、負載質量不同時軌跡跟蹤效果對比。結果表明了本文所提出的軌跡規(guī)劃、軌跡補償及變形補償方法是有效的。文章最后對全文做了工作總結，并且對下一步的研究內容做出了展望。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP242;TP273
【目錄】：

下載全文 更多同類文獻

CAJ全文下載

(如何獲取全文？ 歡迎：購買知網充值卡、在線充值、在線咨詢)

CAJViewer閱讀器支持CAJ、PDF文件格式

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 田聯房,黃磊,李忠,周志堅,毛宗源;基于神經網絡的柔性機器人混合力/位置控制[J];華南理工大學學報(自然科學版);1999年10期

2 李冬寧;趙雁;沈鋮武;劉暢;;一種雙連桿柔性臂動力學模型的研究[J];測控技術;2009年12期

3 任重,楊燦軍,陳鷹;軌跡規(guī)劃中的B樣條插值算法[J];機電工程;2001年05期

4 Carlos A. Acosta Calderon;John Q. Gan;;An Analysis of the Inverse Kinematics for a 5-DOF Manipulator[J];International Journal of Automation and Computing;2005年02期

5 Mohamed Boukattaya;Tarak Damak;Mohamed Jallouli;;Robust Adaptive Control for Mobile Manipulators[J];International Journal of Automation & Computing;2011年01期

6 魏娟;楊恢先;謝海霞;;基于免疫RBF神經網絡的逆運動學求解[J];計算機工程;2010年22期

7 張小江;高秀華;;三次樣條插值在機器人軌跡規(guī)劃應用中的改進研究[J];機械設計與制造;2008年09期

8 劉佳;李春書;許麗華;尹淑彥;;輪腿式移動機器人越障運動學建模與仿真[J];機械設計;2011年08期

9 段繼承,陸佑方,閻亞坤,麻文焱,王玉臣,史志霞;雙連桿柔性機械臂系統(tǒng)中的一種實時準靜態(tài)分離方法[J];力學與實踐;1996年06期

10 李元春,陸佑方,唐保健;雙連桿柔性臂軌跡跟蹤的魯棒控制[J];自動化學報;1999年03期

【共引文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 王澤云,蘇曉韻;可展空間索桿結構展開過程的仿真計算[J];四川建筑科學研究;2005年03期

2 Edwin Kreuzer;;Discrete time transfer matrix method for dynamics of multibody system with flexible beams moving in space[J];Acta Mechanica Sinica;2012年02期

3 韓銀泉;;柔性沖壓技術在彈藥生產中的應用[J];兵工自動化;2006年12期

4 何斌;芮筱亭;陸毓琪;;多體系統(tǒng)動力學Riccati離散時間傳遞矩陣法[J];兵工學報;2006年04期

5 張建國;蘇多;;空間柔性機構運動可靠性分析[J];北京航空航天大學學報;2006年01期

6 洪清泉,程穎;發(fā)動機與液力變矩器共同工作虛擬樣機仿真[J];北京理工大學學報;2004年01期

7 劉曉霞,郝長中,張華;平面雙連桿柔性機械臂有限元建模[J];本溪冶金高等專科學校學報;2004年04期

8 王志剛;馮奇;汪玉;;彈性浮筏系統(tǒng)動力學建模及沖擊響應分析(英文)[J];船舶力學;2005年06期

9 束永平;;汽車發(fā)動機配氣機構仿真分析[J];傳動技術;2005年04期

10 于淼,趙繼;五自由度虛擬軸機床剛-柔耦合動力學模型[J];長春大學學報;2003年01期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 芮筱亭;戎保;;多體系統(tǒng)傳遞矩陣法研究進展[A];第十三屆全國非線性振動暨第十屆全國非線性動力學和運動穩(wěn)定性學術會議摘要集[C];2011年

2 李宏亮;邵曉華;楊勇;;變速旋轉柔性圓板的縱橫振動與剛彈耦合分析[A];第九屆全國振動理論及應用學術會議論文集[C];2007年

3 黃永安;尹周平;熊有倫;;熱-電-位移耦合多體系統(tǒng)的多物理場分析[A];第九屆全國振動理論及應用學術會議論文集[C];2007年

4 劉明治;劉靜怡;;繞定軸轉動變換矩陣的另一種形式[A];第四屆中國CAE工程分析技術年會論文集[C];2008年

5 李青;馬興瑞;王天舒;;剛-彈-液耦合動力學系統(tǒng)模態(tài)縮減研究進展及應用[A];動力學與控制及航天應用[C];2008年

6 劉承平;董得忠;郭軍;;雙連桿柔性機械臂逆動力學控制的仿真研究[A];北京力學會第13屆學術年會論文集[C];2007年

7 程鵬;曾攀;;大幅旋轉的柔性臂振動的復合單元法分析[A];第九屆全國結構工程學術會議論文集第Ⅲ卷[C];2000年

8 趙鵬飛;胡立坤;;全局快速終端滑�？刂圃诹杂啥葯C械臂軌跡跟蹤中的應用[A];中南六省（區(qū)）自動化學會第二十九屆學術年會論文集[C];2011年

9 楊暉柱;張其林;丁潔民;;可展索桿結構展開過程的分析方法[A];第三屆全國現代結構工程學術研討會論文集[C];2003年

10 于霖沖;白廣忱;;考慮摩擦和柔性的機構動態(tài)可靠性分析方法研究[A];2006全國摩擦學學術會議論文集（二）[C];2006年

中國博士學位論文全文數據庫 前10條

1 周平;柔體動力學初值問題擬變分原理及其應用[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 查云飛;類菱形車轉向系統(tǒng)研究與分析[D];湖南大學;2010年

3 陳海衛(wèi);波輪式全自動洗衣機脫水振動與抑制機理的研究[D];江南大學;2010年

4 童偉;整體耦合式消扭懸架系統(tǒng)原理及其運動學和動力學研究[D];華南理工大學;2010年

5 郭磊;車用動力總成結構振動噪聲的虛擬預測與分析技術研究[D];浙江大學;2009年

6 姚廷強;球軸承多體接觸動力學研究[D];昆明理工大學;2009年

7 于海燕;織物仿真機理與集成化建模研究[D];東華大學;2011年

8 許增金;大型往復式壓縮機軸系動力學特性研究[D];沈陽工業(yè)大學;2011年

9 路永婕;重載汽車與路面相互作用動力學研究[D];北京交通大學;2011年

10 霍娜;輕型客車懸架系統(tǒng)建模及可靠性試驗方法優(yōu)化[D];吉林大學;2011年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 胡宇龍;自由節(jié)曲線非圓齒輪引緯機構運動學反求設計與試驗[D];浙江理工大學;2010年

2 楊俊;水下矢量推進器的動力學仿真及優(yōu)化設計[D];長沙理工大學;2010年

3 周健;某履帶式裝甲車行星齒輪系統(tǒng)動力學分析及優(yōu)化[D];沈陽理工大學;2010年

4 張富偉;汽車懸架轉向系統(tǒng)仿真優(yōu)化與集成設計[D];浙江大學;2010年

5 胡國偉;可展開天線展開動力學分析與仿真研究[D];西安電子科技大學;2011年

6 黃寧寧;動畫自動生成中三維虛擬角色路徑規(guī)劃的研究與實現[D];首都師范大學;2011年

7 李蒼楠;基于剛柔耦合聯合仿真的高速鐵路橋上無砟道岔動力學研究[D];北京交通大學;2011年

8 胡雋卿;兩自由度鉸接越野車輛行駛動力學特性研究[D];吉林大學;2011年

9 何建華;多柔體系統(tǒng)動力學的辛算法求解[D];吉林大學;2011年

10 曾慶強;80型輪式裝載機結構系統(tǒng)多體動力學分析[D];吉林大學;2011年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 林成文,陳慶,劉克平,李元春;受限雙連桿柔性臂力/位置魯棒控制[J];吉林大學學報(信息科學版);2002年03期

2 鄒德旋;高立群;吳建華;吳沛鋒;;混合差分進化-和聲搜索算法在結構工程中的應用[J];東北大學學報(自然科學版);2010年06期

3 戈新生,陳立群,劉延柱;欠驅動剛體航天器姿態(tài)運動規(guī)劃的遺傳算法[J];動力學與控制學報;2004年02期

4 臧小剛;宮新保;常成;凌小峰;唐斌;;一種基于免疫系統(tǒng)的RBF網絡在線訓練方法[J];電子學報;2008年07期

5 閻紹澤，劉又午，張大鈞，張鐵民;動力剛化系統(tǒng)動力學建模方法的研究[J];河北工業(yè)大學學報;1996年04期

6 王仲民,崔世鋼,岳宏;機器人關節(jié)空間的軌跡規(guī)劃研究[J];機床與液壓;2005年02期

7 Thawar T.Arif;;Adaptive Control of Rigid Body Satellite[J];International Journal of Automation & Computing;2008年03期

8 ;Robust Output Feedback Control for a Class of Nonlinear Systems with Input Unmodeled Dynamics[J];International Journal of Automation & Computing;2008年03期

9 ;An Improved Control Algorithm for High-order Nonlinear Systems with Unmodelled Dynamics[J];International Journal of Automation & Computing;2009年03期

10 吳為民,馮培恩;機器人相平面高效建模方法[J];機器人;2000年02期

中國博士學位論文全文數據庫 前1條

1 程剛;非結構化環(huán)境中移動機器人系統(tǒng)越障運動機理的研究[D];中國科學技術大學;2006年

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 岳士崗,余躍慶,白師賢;重載下的柔性機械臂的動力學耦合特性[J];機器人;1996年04期

2 王大龍,陸佑方,陳塑寰,李曉光;雙連桿柔性機械臂的非線性軌跡跟蹤控制[J];吉林工業(yè)大學學報;1996年02期

3 王興松;帶載柔性機械臂固有頻率確定及其減振器設計[J];東南大學學報(自然科學版);1997年05期

4 張鐵民,郭治,劉又午;帶有加速度反饋的柔性機械臂振動控制[J];中國機械工程;1998年09期

5 田彥濤，尹朝萬，王殿方，王大龍;柔性機械臂運動軌跡的魯棒自適應控制[J];機器人;1995年05期

6 畢士華，黃文虎，邵成勛;帶滑移／轉動鎮(zhèn)的柔性機械臂的動力響應和特性分析[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;1994年02期

7 張鐵民,李成元;帶有反饋控制的柔性機械臂動態(tài)研究與振動控制[J];機械工程學報;2000年03期

8 張鐵民,李貴濤,梁莉;帶有加速度反饋的柔性機械臂開關變結構控制[J];機械工程學報;2002年03期

9 李光,Amir Khajepour;基于滑模技術的單桿柔性機械臂的調節(jié)控制[J];株洲工學院學報;2003年02期

10 王世軍,黃玉美,王凱;柔性機械臂關節(jié)剛度的一種間接測量方法[J];機床與液壓;2004年08期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 范紀華;章定國;;柔性機械臂系統(tǒng)動力學離散方法的研究[A];第七屆全國多體系統(tǒng)動力學暨第二屆全國航天動力學與控制學術會議會議論文集[C];2011年

2 王國利;;柔性機械臂內動力學因果與反因果的對分研究[A];面向21世紀的科技進步與社會經濟發(fā)展（上冊）[C];1999年

3 王國利;;柔性機械臂的正則化軌跡規(guī)劃方法[A];1996年中國智能自動化學術會議論文集（下冊）[C];1996年

4 郎英彤;鄒建奇;張憲濱;錢坤;;柔性機械臂逆運動學分析中各種算法的研究現狀[A];第20屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ冊）[C];2011年

5 蔡國平;;柔性機械臂主動控制中的時滯問題[A];中國力學學會學術大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

6 李迅;劉新建;馬宏緒;張彭;;單柔性機械臂變結構控制[A];1997中國控制與決策學術年會論文集[C];1997年

7 袁野;田彥濤;李大芃;;柔性機械臂運動軌跡的自適應神經元控制器[A];1995年中國智能自動化學術會議暨智能自動化專業(yè)委員會成立大會論文集（下冊）[C];1995年

8 郝長中;陶澤;;二桿柔性臂主動振動控制的研究[A];全面建設小康社會：中國科技工作者的歷史責任——中國科協2003年學術年會論文集（上）[C];2003年

9 滕悠優(yōu);蔡國平;;柔性機械臂的非線性主動控制[A];第十一屆全國非線性振動學術會議暨第八屆全國非線性動力學和運動穩(wěn)定性學術會議論文集[C];2007年

10 張國琪;丁建釗;吳宏鑫;;基于特征模型的柔性機械臂自適應補償控制[A];2007年中國智能自動化會議論文集[C];2007年

中國博士學位論文全文數據庫 前10條

1 張慶;組合柔性機械臂動力學特性與振動抑制性能的研究[D];南京理工大學;2010年

2 徐彥;液壓柔性機械臂動力學建模與控制研究[D];東北大學;2008年

3 李光;液壓柔性臂的動力學及控制研究[D];中南大學;2003年

4 屠立;柔性機械臂集成建模與結構控制優(yōu)化設計技術[D];浙江大學;2009年

5 陳思佳;剛—柔耦合問題與空間多桿柔性機械臂的動力學建模理論研究[D];南京理工大學;2012年

6 田強;基于絕對節(jié)點坐標方法的柔性多體系統(tǒng)動力學研究與應用[D];華中科技大學;2009年

7 陳龍祥;結構振動的時滯反饋控制及其實驗研究[D];上海交通大學;2009年

8 徐亞蘭;壓電柔性結構的建模、參數辨識與振動主動控制[D];西安電子科技大學;2006年

9 曹小濤;基于分布參數模型的柔性臂系統(tǒng)控制方法研究[D];吉林大學;2008年

10 于影;艦船航行縱向補給對接技術研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 洪蕓蕓;壓電柔性機械臂振動控制及實驗研究[D];華東交通大學;2013年

2 樊猛;柔性機械臂路徑優(yōu)化及控制[D];西安電子科技大學;2010年

3 楊康華;柔性機械臂的振動控制與實驗研究[D];北京郵電大學;2011年

4 俞愛蘭;柔性機械臂振動控制及優(yōu)化研究[D];華東交通大學;2011年

5 姚威;空間大負載柔性機械臂軌跡跟蹤策略研究[D];北京郵電大學;2013年

6 劉國藩;空間型柔性機械臂的動力學分析[D];西安電子科技大學;2010年

7 陳斌;組合柔性機械臂抑振性能研究[D];南京理工大學;2012年

8 俞曉瑾;柔性機械臂的運動學和動力學建模及視覺伺服控制[D];上海交通大學;2013年

9 吳忠偉;基于滑模變結構的輸入成形控制方法研究[D];長春工業(yè)大學;2013年

10 魏進;空間柔性機械臂的動力學建模和分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

  本文關鍵詞：車載柔性機械臂軌跡規(guī)劃及準靜態(tài)變形補償控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：123677