本文關(guān)鍵詞：六自由度機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)控制技術(shù)

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【摘要】：本文主要針對(duì)國(guó)內(nèi)研究較少的機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)進(jìn)行了相關(guān)控制技術(shù)研究。首先以模塊化關(guān)節(jié)通過(guò)軸線平行式和軸線垂直式連桿構(gòu)成的六自由度機(jī)械臂為研究對(duì)象,綜合分析其控制基礎(chǔ)。再以模塊化關(guān)節(jié)為研究對(duì)象進(jìn)行了模塊化系統(tǒng)集成和總體控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的仿真和優(yōu)化,為模塊化關(guān)節(jié)控制技術(shù)的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。在六自由度機(jī)械臂控制基礎(chǔ)方面主要進(jìn)行了基于D-H參數(shù)法的機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)解算,并利用Matlab Robotic Toolbox建立了機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。綜合分析了解析解法在機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方面存在解的存在性、多重性和奇異點(diǎn)等問(wèn)題,提出了采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解算法并進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和算法實(shí)現(xiàn),為機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解引入了新思路。在建立機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了機(jī)械臂的關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃算法的仿真分析;在關(guān)節(jié)空間進(jìn)行三次多項(xiàng)式和高階多項(xiàng)式插值算法的分析并以五次多項(xiàng)式插值算法為例進(jìn)行了軌跡仿真;在笛卡爾空間分別就空間直線插補(bǔ)算法和空間圓弧插補(bǔ)算法進(jìn)行了分析并進(jìn)行了仿真,分析機(jī)械臂末端軌跡各路徑點(diǎn)處的關(guān)節(jié)位姿。在機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方面以機(jī)械臂任意關(guān)節(jié)為研究對(duì)象,建立了拉格朗日方程并具體分析了機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)正問(wèn)題和動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題;結(jié)合本文的六自由度模塊化機(jī)械臂的構(gòu)型在Adams軟件平臺(tái)下進(jìn)行了基于關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題的仿真,就給定各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速的情況下得到了關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩的仿真數(shù)據(jù),為機(jī)械臂的軌跡跟蹤控制奠定了理論基礎(chǔ)。在模塊化關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)方面,首先進(jìn)行了模塊化關(guān)節(jié)內(nèi)部系統(tǒng)集成設(shè)計(jì),提出了基于CAN總線通訊協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想,確定了關(guān)節(jié)內(nèi)部具體走線策略和控制硬件具體布局。其次就模塊化關(guān)節(jié)的核心驅(qū)動(dòng)原件-直流伺服電機(jī)的控制進(jìn)行了位置-速度-電流的三閉環(huán)控制器設(shè)計(jì),使用Matlab/Simulink建立了直流伺服電機(jī)三閉環(huán)控制器數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了仿真分析。針對(duì)三閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果提出了采用自適應(yīng)模糊PID控制的方式來(lái)對(duì)三閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化,最后進(jìn)行了自適應(yīng)模糊PID控制器設(shè)計(jì)和自適應(yīng)模糊PID三閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真,實(shí)現(xiàn)了模塊化關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),為模塊化關(guān)節(jié)控制技術(shù)的應(yīng)用提供給了理論分析依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241

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本文編號(hào)：1183301