本文關(guān)鍵詞：柔性關(guān)節(jié)機器人建模與學(xué)習(xí)控制研究

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【摘要】：諧波減速器作為機器人關(guān)節(jié)的傳動機構(gòu)之一,它的廣泛應(yīng)用使機器人的關(guān)節(jié)中普遍存在柔性。因此,對于柔性關(guān)節(jié)機器人的研究有著十分重要的意義,近些年柔性關(guān)節(jié)機器人也成為研究熱點之一。學(xué)習(xí)控制作為智能控制中的一種,近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文以本實驗室研制的柔性關(guān)節(jié)機器人為研究對象,嘗試將學(xué)習(xí)控制方法應(yīng)用到柔性關(guān)節(jié)機器人的位置控制中,實現(xiàn)機器人的高精度控制。本文的主要內(nèi)容如下：首先,基于5點假設(shè),建立了柔性關(guān)節(jié)機器人動力學(xué)模型。在模型的基礎(chǔ)上分析了柔性關(guān)節(jié)機器人的運動學(xué)和動力學(xué)特性,并對影響柔性關(guān)節(jié)機器人連桿運動定位的若干因素進行了仿真研究。其次,基于電機位置模式,設(shè)計了PD控制、PID控制、PD+計算角度補償控制和重復(fù)學(xué)習(xí)控制等4種控制器；基于電機速度模式,設(shè)計了PD控制和重復(fù)學(xué)習(xí)控制兩種控制器。通過仿真驗證了上述方法的可行性,對比各種控制方法的控制效果表明了重復(fù)學(xué)習(xí)控制的優(yōu)越性。再次,設(shè)計了柔性關(guān)節(jié)機器人驅(qū)動控制系統(tǒng)的軟硬件,完成了驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計與調(diào)試,使整個機器人系統(tǒng)具備了驅(qū)動、傳感、控制、數(shù)據(jù)采集等功能,并可以按照規(guī)定的控制方法完成機器人連桿位置控制過程。最后,搭建了柔性關(guān)節(jié)機器人實驗平臺。針對影響機器人連桿運動定位的幾個因素進行了實驗研究,并利用實驗平臺驗證了基于電機速度調(diào)節(jié)的PD控制算法和重復(fù)學(xué)習(xí)控制算法的有效性。通過將實驗結(jié)果與仿真結(jié)果相比較,研究了控制算法的理論與實際差別。
【關(guān)鍵詞】：柔性關(guān)節(jié)機器人 動力學(xué)模型 學(xué)習(xí)控制方法 實驗研究
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 研究背景10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.3.1 柔性關(guān)節(jié)機器人的研制現(xiàn)狀11-13
• 1.3.2 柔性關(guān)節(jié)機器人動力學(xué)模型的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 柔性關(guān)節(jié)機器人的控制方法及學(xué)習(xí)控制研究現(xiàn)狀14-18
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容及意義18-19
• 1.4.1 論文研究的內(nèi)容18
• 1.4.2 課題意義18-19
• 1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)19-20
• 第二章 柔性關(guān)節(jié)機器人動力學(xué)模型研究20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 基于拉格朗日方法的柔性關(guān)節(jié)機器人動力學(xué)模型20-26
• 2.2.1 拉格朗日方法建立動力學(xué)模型的一般過程20
• 2.2.2 建模前的假設(shè)20-21
• 2.2.3 柔性關(guān)節(jié)機器人動力學(xué)建模21-26
• 2.3 基于機器人動力學(xué)模型的運動學(xué)和動力學(xué)分析26-28
• 2.4 影響柔性關(guān)節(jié)機器人運動定位的若干因素研究28-30
• 2.4.1 電機轉(zhuǎn)速28-29
• 2.4.2 連桿期望位置29
• 2.4.3 彈簧剛度29-30
• 2.4.4 阻尼系數(shù)30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 柔性關(guān)節(jié)機器人學(xué)習(xí)控制方法研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 基于電機位置調(diào)節(jié)的機器人位置控制方案設(shè)計31-38
• 3.2.1 PID控制器設(shè)計31-34
• 3.2.2 PD+計算角度補償控制器設(shè)計34-36
• 3.2.3 位置重復(fù)學(xué)習(xí)控制器設(shè)計36-38
• 3.3 基于電機速度調(diào)節(jié)的機器人位置控制方案設(shè)計38-41
• 3.3.1 速度PD控制器設(shè)計38-39
• 3.3.2 速度重復(fù)學(xué)習(xí)控制器設(shè)計39-41
• 3.4 控制方案的對比分析41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第四章 機器人驅(qū)動控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 驅(qū)動控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計43-44
• 4.3 機器人驅(qū)動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計44-50
• 4.3.1 控制柜電路設(shè)計44-45
• 4.3.2 控制器及其外圍輸入輸出模塊選型45-47
• 4.3.3 連桿編碼器位置信號檢測電路設(shè)計47-50
• 4.4 驅(qū)動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計50-53
• 4.4.1 Lasal軟件包介紹50-51
• 4.4.2 驅(qū)動控制軟件流程51-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 第五章 柔性關(guān)節(jié)機器人的實驗研究54-63
• 5.1 引言54
• 5.2 實驗機構(gòu)介紹54-56
• 5.3 柔性關(guān)節(jié)機器人運動定位實驗56-58
• 5.3.1 電機轉(zhuǎn)速的影響56-57
• 5.3.2 期望位置的影響57-58
• 5.4 柔性關(guān)節(jié)機器人的學(xué)習(xí)控制實驗58-62
• 5.4.1 PD控制實驗58-59
• 5.4.2 學(xué)習(xí)控制實驗59-60
• 5.4.3 PD控制與學(xué)習(xí)控制的實驗結(jié)果對比60-61
• 5.4.4 學(xué)習(xí)控制的理論仿真與實驗對比61-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 總結(jié)63
• 6.2 展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-69
• 作者簡介69

【參考文獻】

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本文編號：520443