隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步,機(jī)械臂的應(yīng)用越來越廣泛,論文以直流伺服電機(jī)為驅(qū)動器的工業(yè)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)為研究對象進(jìn)行研究。實際應(yīng)用中,不僅要對機(jī)械臂實施精確的控制,還要對運動軌跡進(jìn)行規(guī)劃。本文設(shè)計了基于模型預(yù)測控制的六自由度機(jī)械臂遞階結(jié)構(gòu)控制策略,使機(jī)械臂快速準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)位置。因此,本文對機(jī)械臂控制策略的研究有著重要的理論意義。本文主要工作如下:首先,基于D-H表示法確定機(jī)械臂的連桿坐標(biāo)系,構(gòu)建機(jī)械臂末端相對于基座的變換矩陣,從而建立了六自由度機(jī)械臂的運動方程,并采用幾何法求解機(jī)械臂逆運動學(xué)的解析解;基于拉格朗日方程,建立了六自由度剛性關(guān)節(jié)機(jī)械臂動力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,做出適當(dāng)假設(shè),建立了柔性關(guān)節(jié)機(jī)械臂的動力學(xué)模型,并在仿真中驗證了模型的正確性。其次,以機(jī)械臂運動過程中的最優(yōu)時間為優(yōu)化指標(biāo),采用3-5-3次多項式插值法進(jìn)行軌跡規(guī)劃,利用遺傳算法對每段插值時間進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計了時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃算法,解決機(jī)械臂在關(guān)節(jié)空間點到點的軌跡規(guī)劃問題。通過與粒子群算法進(jìn)行對比,證明了本文采用的方法在時間最優(yōu)的條件下具有平穩(wěn)性。最后,借鑒工業(yè)遞階結(jié)構(gòu)預(yù)測控制體系,設(shè)計了以模型預(yù)測控制為核心的六自由度機(jī)械...

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及意義
        1.1.1 課題背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 軌跡規(guī)劃的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 控制策略的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
    1.4 本文來源及內(nèi)容安排
2 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)與運動學(xué)分析
    2.1 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)
        2.1.1 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動方式
        2.1.2 直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動過程
    2.2 機(jī)械臂的位姿描述
        2.2.1 位置描述
        2.2.2 姿態(tài)描述
        2.2.3 位姿描述
    2.3 機(jī)械臂的坐標(biāo)變換與齊次變換矩陣
        2.3.1 平移變換
        2.3.2 旋轉(zhuǎn)變換
        2.3.3 復(fù)合變換
    2.4 機(jī)械臂的運動學(xué)分析
        2.4.1 D-H表示法
        2.4.2 運動學(xué)方程
        2.4.3 逆向運動學(xué)分析
    2.5 運動學(xué)仿真結(jié)果
    2.6 本章小結(jié)
3 機(jī)械臂動力學(xué)模型建立
    3.1 機(jī)械臂動力學(xué)建模
        3.1.1 剛性關(guān)節(jié)
        3.1.2 柔性關(guān)節(jié)
    3.2 狀態(tài)空間模型
        3.2.1 剛性關(guān)節(jié)
        3.2.2 柔性關(guān)節(jié)
    3.3 動力學(xué)仿真結(jié)果
    3.4 本章小結(jié)
4 機(jī)械臂軌跡規(guī)劃
    4.1 3-5-3多項式函數(shù)的構(gòu)造
    4.2 遺傳算法原理
    4.3 時間優(yōu)化問題的描述
    4.4 軌跡規(guī)劃層算法
    4.5 軌跡規(guī)劃算法仿真結(jié)果
        4.5.1 基于粒子群算法的仿真結(jié)果分析
        4.5.2 基于遺傳算法的仿真結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
5 機(jī)械臂軌跡跟蹤
    5.1 控制器設(shè)計
        5.1.1 模型預(yù)測控制原理
        5.1.2 設(shè)計MPC層控制器
        5.1.3 設(shè)計底層控制器
    5.2 機(jī)械臂遞階結(jié)構(gòu)控制算法
    5.3 控制策略仿真結(jié)果
    5.4 實驗驗證
        5.4.1 實驗平臺簡介
        5.4.2 實驗驗證
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果



本文編號：3737672