手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

三自由度串联机械臂的主从同步控制研究

张昊

  同步是指两个或多个具有同时性的相互关系的行为。同步现象广泛存在于自然界、生命、工程技术、甚至经济社会人类活动等许多领域。针对具有相同或不同机械结构的多机器人系统,可以采用外同步、互同步等策略完成同一工作目标。研究机器人机械动力学系统的广义同步问题在现代制造装配和空间工程应用中起着非常重要的作用,对深入研究机器人系统同步理论,服务工程实际都具有重要的理论价值和现实意义。 本文主要研究机械臂动力学系统的广义同步控制问题,以主从机械臂系统的外部同步为目标,主要应用机器人学理论、现代控制理论、系统稳定性理论,对实验室现有的AS-MRobot三自由度刚性机械臂进行动力学建模、外部同步控制器设计、控制系统稳定性判别和数值仿真,为进一步的实验与理论对比奠定基础。具体成果如下: 以AS-MRobot三自由度刚性机械臂为研究对象,分别进行运动学和动力学分析,建立动力学模型。针对机械臂系统本身的物理特征,论述构造满足机器人闭环系统全局渐近稳定的李雅普诺夫函数方法。 为实现机械臂系统外部同步控制,本文设计一种基于全状态可观测的主从外部同步控制器。随后,选取迟滞非线性系统为主系统,Duffing系统为从系统,应用李亚普诺夫稳定性判别方法推导出控制器,并通过数值仿真的方法证明了其有效性。 在末端轨迹同步跟踪方面,利用前面的方法设计了一种主从机械臂末端轨迹同步控制器,并通过仿真证明了其有效性。在关节同步方面,通过研究PD控制方法,提出了一种可调增益系数的方法,通过仿真可以看出该控制方法能有效的减小初始力矩的大小。针对机械臂动力学系统存在模型误差,本文提出机械臂鲁棒同步轨迹跟踪控制方法,设计了鲁棒同步轨迹跟踪控制器。最后,针对机械臂实际控制中利用多项式函数来“内插”或“逼近”期望轨迹的情况,进行了同步控制的仿真模拟,表明了该控制器可以快速实现对AS-MRobot的三个关节运动的同步轨迹跟踪控制。 本文研究了动力学系统的几种广义外部同步控制方法,从机械臂动力学系统建模、控制器设计方法、稳定性判别和数值仿真等角度对机械臂同步控制器的设计过程进行了深入研究。本文将为今后的主从机械臂系统内、外部同步,多机械臂系统同步等研究提供有力的理论帮助,同时也为实验与理论相对照奠定坚实基础。……   
[关键词]:三自由度机械臂动力学系统;主从同步控制;同步轨迹跟踪;自适应同步控制
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:东北大学2009年
App内打开