發(fā)布時間：2017-10-14 17:12

  本文關(guān)鍵詞：基于自抗擾控制技術(shù)的多自由度機(jī)械臂軌跡跟蹤

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【摘要】：機(jī)器人技術(shù)近幾年來的高速發(fā)展與其美好前景,使得越來越多的國家、公司與學(xué)者投入到相關(guān)領(lǐng)域的研究中,推動了機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展。機(jī)器人控制技術(shù)作為機(jī)器人技術(shù)的核心,在機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)著越來越重要的地位,因此對于機(jī)器人控制技術(shù)的研究對我們的實際生產(chǎn)生活都有著十分積極的意義。多自由度關(guān)節(jié)機(jī)械臂作為一類復(fù)雜的被控對象,一直是機(jī)器人控制領(lǐng)域研究的熱點與難點。與其它常規(guī)或先進(jìn)控制方法相比,自抗擾控制技術(shù)擁有不依賴具體動力學(xué)模型、控制器設(shè)計分離性原理、結(jié)構(gòu)簡單統(tǒng)一、便于工程實施等優(yōu)點。為了探尋一種基于自抗擾技術(shù)的適合實際機(jī)械臂控制工程的方法,本文以自抗擾控制為核心控制算法,研究了關(guān)節(jié)機(jī)械臂的定位及軌跡跟蹤控制問題。通過關(guān)節(jié)機(jī)械臂運動學(xué)與動力學(xué)的理論分析,依靠虛擬樣機(jī)技術(shù)構(gòu)建Kuka-KR30-3六自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人仿真對象,以自抗擾控制技術(shù)為核心,重點對機(jī)械臂關(guān)節(jié)定位與軌跡跟蹤控制進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容概括如下：1、多自由度關(guān)節(jié)機(jī)械臂運動學(xué)以及動力學(xué)研究,主要是對于機(jī)械臂運動學(xué)與逆運動學(xué)的求解,以及動力學(xué)分析。從多自由度機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)出發(fā),以Kuka-KR30-3垂直關(guān)節(jié)機(jī)械臂為例,利用D-H參數(shù)法建立了相應(yīng)的運動學(xué)模型,并采用解析法分析了機(jī)械臂關(guān)節(jié)角與位姿的定量關(guān)系,推導(dǎo)出了逆運動學(xué)的封閉解析解。采用拉格朗日(Lagrange)函數(shù)法推導(dǎo)了N自由度機(jī)械臂的動力學(xué)方程,為軌跡跟蹤控制器的設(shè)計、軌跡規(guī)劃的研究工作奠定了基礎(chǔ)；2、基于自抗擾控制技術(shù)的多自由度關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器的實現(xiàn)。從自抗擾控制基礎(chǔ)理論出發(fā),結(jié)合被控對象的運動學(xué)與動力學(xué)分析結(jié)果與實際工程應(yīng)用的要求,在Matlab平臺下實現(xiàn)了適合多自由度關(guān)節(jié)機(jī)械臂的自抗擾控制器；3、對自抗擾控制器對多自由度機(jī)械臂跟蹤控制進(jìn)行了仿真研究。采用ADAMS機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件構(gòu)建了Kuka-KR30-3機(jī)械臂的虛擬樣機(jī)并聯(lián)合Matlab軟件搭建了聯(lián)合仿真實驗平臺。在仿真實驗中選取了目前工程中常用的PI[)控制器作為對照。實驗結(jié)果表明在多自由度關(guān)節(jié)機(jī)械臂的定位控制與軌跡跟蹤控制方面,自抗擾控制器在動態(tài)性能和穩(wěn)定性能等控制指標(biāo)的表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)的PI[)控制器；4、在機(jī)械臂運動學(xué)的基礎(chǔ)上,研究了關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間機(jī)械臂軌跡規(guī)劃的相關(guān)軌跡計算方法,并在Matlab平臺進(jìn)行了仿真實驗,比較了兩類軌跡規(guī)劃的差異,并討論了軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤控制的關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：多自由度機(jī)械臂 機(jī)器人運動學(xué) 自抗擾控制 軌跡跟蹤 軌跡規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP241
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 課題研究背景、目的及意義15-16
• 1.2 關(guān)節(jié)機(jī)械臂發(fā)展歷史與現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 關(guān)節(jié)機(jī)械臂的國外發(fā)展歷史與現(xiàn)狀16-19
• 1.2.2 關(guān)節(jié)機(jī)械臂在我國研究與發(fā)展19
• 1.3 關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀19-22
• 1.3.1 PID控制20
• 1.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制20-21
• 1.3.3 模糊控制21-22
• 1.4 關(guān)節(jié)機(jī)械臂軌跡規(guī)劃研究現(xiàn)狀22-23
• 1.5 自抗擾技術(shù)簡介23
• 1.6 論文章節(jié)具體安排23-25
• 第二章 多自由度關(guān)節(jié)機(jī)械臂的運動學(xué)與動力學(xué)分析25-41
• 2.1 引言25
• 2.2 運動學(xué)基本概念25-28
• 2.2.1 位置的描述25-26
• 2.2.2 姿態(tài)的描述26
• 2.2.3 位姿的描述26
• 2.2.4 坐標(biāo)變換26-27
• 2.2.5 齊次坐標(biāo)變換27-28
• 2.3 關(guān)節(jié)機(jī)械臂正向運動學(xué)分析28-33
• 2.4 關(guān)節(jié)機(jī)械臂逆運動學(xué)分析33-37
• 2.4.1 逆運動學(xué)問題的多解性33-34
• 2.4.2 逆運動學(xué)求解34-37
• 2.5 關(guān)節(jié)機(jī)械臂動力學(xué)分析37-40
• 2.5.1 拉格朗日動力學(xué)方程37-38
• 2.5.2 N自由度機(jī)械臂動力學(xué)方程38-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 第三章 多自由關(guān)節(jié)機(jī)械臂自抗擾控制器設(shè)計41-69
• 3.1 引言41
• 3.2 經(jīng)典PID控制器41-43
• 3.3 標(biāo)準(zhǔn)二階自抗擾控制器43-47
• 3.3.1 跟蹤微分器44-45
• 3.3.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器45-46
• 3.3.3 非線性組合控制器46-47
• 3.4 多自由度機(jī)械臂軌跡跟蹤自抗擾控制器47-51
• 3.4.1 自抗擾控制器設(shè)計47-50
• 3.4.2 自抗擾控制器參數(shù)整定50-51
• 3.5 仿真實驗51-67
• 3.5.1 基于ADAMS的機(jī)械臂控制仿真實驗51-62
• 3.5.2 自抗擾控制與常規(guī)PID控制的控制效果比對62-67
• 3.6 本章小結(jié)67-69
• 第四章 軌跡規(guī)劃69-83
• 4.1 引言69
• 4.2 關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃方法69-71
• 4.2.1 三次多項式69-70
• 4.2.2 五次多項式70-71
• 4.2.3 線性插值71
• 4.3 笛卡爾空間軌跡規(guī)劃方法71-75
• 4.3.1 直線插補(bǔ)算法72
• 4.3.2 圓弧插補(bǔ)算法72-75
• 4.4 機(jī)械臂軌跡規(guī)劃仿真75-81
• 4.4.1 多項式軌跡規(guī)劃仿真75-78
• 4.4.2 直線插補(bǔ)算法仿真78-80
• 4.4.3 圓弧插補(bǔ)算法仿真80-81
• 4.5 本章小結(jié)81-83
• 第五章 總結(jié)與展望83-85
• 5.1 已完成工作的總結(jié)83
• 5.2 展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-91
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文91-93
• 導(dǎo)師及作者簡介93-94
• 附件94-95

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1032170