【摘要】：隨著科技的不斷進(jìn)步發(fā)展,機(jī)械臂在醫(yī)療、航空、工業(yè)制造等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用與發(fā)展,對(duì)其軌跡跟蹤性能也提出了更高的要求。然而機(jī)械臂是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變的非線性系統(tǒng),難以建立精確的動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確的軌跡跟蹤控制造成很大的阻礙。因此,機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法的研究有很高的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文以Dobot串聯(lián)機(jī)械臂為研究對(duì)象,建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型,進(jìn)行了軌跡規(guī)劃研究,然后通過(guò)研究設(shè)計(jì)相應(yīng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂的軌跡跟蹤控制,具體工作如下:(1)對(duì)Dobot機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。首先利用D-H建模方法建立了Dobot機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并利用反變換法對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,通過(guò)數(shù)值算例驗(yàn)證了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的正確性。然后采用拉格朗日動(dòng)力學(xué)建模方法,建立簡(jiǎn)化的Dobot機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型。(2)對(duì)機(jī)械臂在關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃方式進(jìn)行了研究。首先,研究了關(guān)節(jié)空間的三次多項(xiàng)式和五次多項(xiàng)式軌跡規(guī)劃方法,仿真對(duì)比分析得出五次多項(xiàng)式可以得到更平穩(wěn)、光滑的軌跡曲線。然后,研究了笛卡爾空間內(nèi)直線插補(bǔ)算法和圓弧插補(bǔ)算法軌跡規(guī)劃方式,并仿真驗(yàn)證了其可行性和有效性。(3)針對(duì)Dobot機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型存在建模誤差和外界干擾,且其上界已知的情況,提出了一種基于改進(jìn)趨近律的計(jì)算力矩法的滑模變結(jié)構(gòu)控制算法。首先針對(duì)滑模變結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)指數(shù)趨近律的抖振問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的指數(shù)趨近律;然后使用計(jì)算力矩法和改進(jìn)趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制分別對(duì)機(jī)械臂的名義模型和不確定部分進(jìn)行控制,利用已知的不確定部分上界值對(duì)建模誤差和外界干擾進(jìn)行補(bǔ)償;最后通過(guò)李雅普諾夫函數(shù)證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明該控制算法具有很好的軌跡跟蹤效果,抖振抑制效果和動(dòng)態(tài)性能顯著提高。(4)針對(duì)Dobot機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型中外界干擾和建模誤差較大的情況,在無(wú)上界先驗(yàn)知識(shí)條件下,提出了基于干擾觀測(cè)器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模變結(jié)構(gòu)控制算法。該方法使用非線性干擾觀測(cè)器對(duì)外界干擾進(jìn)行觀測(cè)補(bǔ)償,利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)建模誤差,并通過(guò)李雅普諾夫函數(shù)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值自適應(yīng)律,采用滑模變結(jié)構(gòu)控制器作為主控制器,增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。仿真結(jié)果表明該控制算法具有較好的抗干擾能力和控制精度,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)規(guī)劃的期望軌跡快速穩(wěn)定精確跟蹤。
【圖文】：

各國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)逐步開(kāi)始發(fā)展，其中發(fā)展最成功的是日本，長(zhǎng)期成為具有國(guó)際上最先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)研究和應(yīng)用市場(chǎng)的國(guó)家，目前全球工業(yè)機(jī)器人大約四成在日本以德國(guó)為代表的歐洲國(guó)家北美工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也迅速崛起，研發(fā)能力不斷增強(qiáng)。目前國(guó)外工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展成熟，應(yīng)用不斷擴(kuò)大，形成了目前具有全球影響力的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)導(dǎo)品牌，分為以日本為代表的日韓系和以德國(guó)為代表的歐系兩大品牌格局。其中瑞典的ABB、日本的安川、發(fā)那科等品牌據(jù)有了世界51%的市場(chǎng)份額，德國(guó)的KUKA、日本的川崎、松下等幾大品牌占市場(chǎng)份額的40%以上[4]。目前國(guó)外的工業(yè)技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，并且有著相對(duì)完整的工業(yè)研究標(biāo)準(zhǔn)供業(yè)界使用。相比國(guó)外而言，我國(guó)對(duì)機(jī)械臂的研究起步較晚，上世紀(jì)七八十年代才開(kāi)始著力研究和發(fā)展機(jī)械臂，最初十年國(guó)內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)自行開(kāi)始研究，機(jī)械臂科研進(jìn)展緩慢。80年代后，國(guó)家開(kāi)始將工業(yè)機(jī)器人列為“七五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，我國(guó)工業(yè)發(fā)展開(kāi)始進(jìn)入快速的發(fā)展的軌道，后期經(jīng)過(guò)“八五”、“九五”機(jī)器人技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃、“863高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃扶持，我國(guó)的機(jī)械臂技術(shù)從無(wú)到有，不斷開(kāi)拓前進(jìn)，進(jìn)入快速發(fā)展階段[5]。

各國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)逐步開(kāi)始發(fā)展，其中發(fā)展最成功的是日本，長(zhǎng)期成為具有國(guó)際上最先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)研究和應(yīng)用市場(chǎng)的國(guó)家，目前全球工業(yè)機(jī)器人大約四成在日本以德國(guó)為代表的歐洲國(guó)家北美工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也迅速崛起，研發(fā)能力不斷增強(qiáng)。目前國(guó)外工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展成熟，應(yīng)用不斷擴(kuò)大，形成了目前具有全球影響力的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)導(dǎo)品牌，分為以日本為代表的日韓系和以德國(guó)為代表的歐系兩大品牌格局。其中瑞典的ABB、日本的安川、發(fā)那科等品牌據(jù)有了世界51%的市場(chǎng)份額，德國(guó)的KUKA、日本的川崎、松下等幾大品牌占市場(chǎng)份額的40%以上[4]。目前國(guó)外的工業(yè)技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，并且有著相對(duì)完整的工業(yè)研究標(biāo)準(zhǔn)供業(yè)界使用。相比國(guó)外而言，我國(guó)對(duì)機(jī)械臂的研究起步較晚，上世紀(jì)七八十年代才開(kāi)始著力研究和發(fā)展機(jī)械臂，最初十年國(guó)內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)自行開(kāi)始研究，機(jī)械臂科研進(jìn)展緩慢。80年代后，國(guó)家開(kāi)始將工業(yè)機(jī)器人列為“七五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，，我國(guó)工業(yè)發(fā)展開(kāi)始進(jìn)入快速的發(fā)展的軌道，后期經(jīng)過(guò)“八五”、“九五”機(jī)器人技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃、“863高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃扶持，我國(guó)的機(jī)械臂技術(shù)從無(wú)到有，不斷開(kāi)拓前進(jìn)，進(jìn)入快速發(fā)展階段[5]。
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP241

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉麗萍;;空間機(jī)械臂慣性空間軌跡自適應(yīng)控制[J];微型電腦應(yīng)用;2019年11期

2 馬影;陳麗;高其遠(yuǎn);鄧宇翔;;超冗余移動(dòng)機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)快速求解的兩種方法比較[J];智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用;2019年06期

3 林潤(rùn)澤;王行健;馮毅萍;趙久強(qiáng);;基于數(shù)字孿生的智能裝配機(jī)械臂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J];實(shí)驗(yàn)室研究與探索;2019年12期

4 黃佳杰;袁朝龍;吳任東;焦瑋;都東;;索驅(qū)動(dòng)堆內(nèi)檢測(cè)機(jī)械臂設(shè)計(jì)及控制分析[J];現(xiàn)代制造工程;2019年12期

5 梁競(jìng)文;張繼忠;劉玉;;四自由度鍛造機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真[J];青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2020年01期

6 沈洪銳;李俊杰;;自主路徑規(guī)劃的同步機(jī)械臂的研究與實(shí)現(xiàn)[J];控制工程;2020年01期

7 張建風(fēng);姜晨慧;盧妍儒;;六自由度體感機(jī)械臂設(shè)計(jì)[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2018年26期

8 李曉楠;;機(jī)械臂的整體方案設(shè)[J];冶金與材料;2019年01期

9 蘇林;;復(fù)合剪叉式機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J];中國(guó)金屬通報(bào);2018年11期

10 ;突破——擁有自我意識(shí)的機(jī)械臂[J];傳感器世界;2019年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李正;楊帆;劉曉源;;機(jī)動(dòng)衛(wèi)星機(jī)械臂任務(wù)可規(guī)劃平臺(tái)設(shè)計(jì)[A];2018軟件定義衛(wèi)星高峰論壇會(huì)議摘要集[C];2018年

2 董永飛;蔡志勤;邱小璐;;水下機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)分析與滑�？刂芠A];第十屆全國(guó)多體動(dòng)力學(xué)與控制暨第五屆全國(guó)航天動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2017年

3 陳書(shū)通;王永濱;王磊;徐城方;;空間充氣式機(jī)械臂技術(shù)研究[A];第二屆可展開(kāi)空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2016年

4 趙杰亮;閻紹澤;;熱輻射作用下的空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)特性分析[A];北京力學(xué)會(huì)第二十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集[C];2016年

5 趙寶山;楊勇;李躍華;吳霞;許波;;空間機(jī)械臂微重力模擬方法研究[A];2014年可展開(kāi)空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2014年

6 梁捷;陳力;;漂浮基空間機(jī)械臂姿態(tài)與末端抓手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的模糊變結(jié)構(gòu)滑模控制[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

7 黃登峰;陳力;;基于雙向映射神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的漂浮基空間機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

8 陳志勇;陳力;;漂浮基空間機(jī)械臂系統(tǒng)慣性期望軌跡跟蹤的改進(jìn)變結(jié)構(gòu)滑�？刂芠A];第八屆全國(guó)動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

9 梁捷;陳力;;具有未知載荷參數(shù)的漂浮基空間機(jī)械臂姿態(tài)、關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的模糊自適應(yīng)控制[A];第八屆全國(guó)動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

10 張繼輝;;助力機(jī)械臂在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用[A];第九屆河南省汽車工程技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 李超;曲道奎：機(jī)器人,一場(chǎng)關(guān)乎未來(lái)的革命[N];經(jīng)濟(jì)觀察報(bào);2015年

2 記者 張夢(mèng)然;“第三只手”機(jī)械臂可用眼神和口令指揮[N];科技日?qǐng)?bào);2019年

3 記者 劉海英;深度學(xué)習(xí)機(jī)械臂能模擬自己建模[N];科技日?qǐng)?bào);2019年

4 胡林 中國(guó)青年報(bào)·中青在線記者 雷宇;武漢兩名95后女大學(xué)生變成“機(jī)器人保育員”[N];中國(guó)青年報(bào);2018年

5 本報(bào)記者 賀駿;獵豹移動(dòng)發(fā)布五款機(jī)器人 機(jī)械臂調(diào)制咖啡或成“豹”款[N];證券日?qǐng)?bào);2018年

6 南方日?qǐng)?bào)記者 黃敘浩 邵一弘 李卓 彭奕菲;看機(jī)械臂打鼓 品海絲文化佳肴[N];南方日?qǐng)?bào);2018年

7 本報(bào)記者 付朝歡;未來(lái)已來(lái) 請(qǐng)看那“聰明伶俐”的機(jī)械臂[N];中國(guó)改革報(bào);2018年

8 見(jiàn)習(xí)記者 王閑樂(lè) 通訊員 邱志濤;控制機(jī)械臂 手術(shù)如繡花[N];解放日?qǐng)?bào);2017年

9 本報(bào)記者 唐婷;這個(gè)“左撇子”機(jī)器人會(huì)畫(huà)畫(huà)[N];科技日?qǐng)?bào);2017年

10 本報(bào)首席記者 張銳鑫 通訊員 宋明麗 竇芳超;探訪中航光電“機(jī)器人大工匠”[N];洛陽(yáng)日?qǐng)?bào);2017年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李響;斜齒行星輪系非線性因素對(duì)機(jī)械臂與天線機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)影響分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 蔣素榮;繩驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂解耦方法與魯棒控制研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

3 魏之暄;面向可推擠障礙物的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[D];上海交通大學(xué);2017年

4 夏齊;基于變焦距視覺(jué)的空間機(jī)械臂在軌位姿測(cè)量方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 徐凡;多種未知環(huán)境下機(jī)械臂協(xié)調(diào)夾持的軌跡跟蹤控制若干方法研究[D];浙江大學(xué);2017年

6 孫玉香;用于空間機(jī)械臂的力/力矩傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

7 鄒添;空間機(jī)械臂傳感系統(tǒng)及關(guān)節(jié)振動(dòng)抑制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

8 喬冠宇;空間機(jī)械臂軌跡跟蹤、測(cè)試及柔性力控制研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2018年

9 師恒;六自由度機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2017年

10 王亞午;一類平面多連桿欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 熊耕耘;基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)械臂分揀系統(tǒng)的研究[D];重慶郵電大學(xué);2019年

2 楊佳煒;帶有柔性關(guān)節(jié)的空間機(jī)械臂系統(tǒng)的振動(dòng)控制[D];南京航空航天大學(xué);2019年

3 鄭文超;二自由度機(jī)械臂的魯棒跟蹤控制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2019年

4 蔣汶松;變論域模糊控制方法在機(jī)械臂軌跡跟蹤中的應(yīng)用研究[D];南京航空航天大學(xué);2019年

5 孟繼君;基于軸不變量的偏置型6R機(jī)械臂建模與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[D];南京航空航天大學(xué);2019年

6 謝宇s

本文編號(hào)：2677769