基于終端滑模的水下機械手運動控制技術研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)腳步的逐漸加快，水下作業(yè)任務也日趨復雜。水下機械手作為海洋開發(fā)如海底打撈、海洋資源勘探、海底管道鋪設與檢修等的重要工具，其整體作業(yè)性能要求（可靠性、準確性、靈活性及自主性等）也不斷提升，因此水下機械手運動控制技術研究具有重要意義和實用價值。
　　本文以水下機械手運動控制技術為研究對象，以本課題組自行研制的水下機械手為載體，總結了水下機械手裝置及運動控制技術的研究現(xiàn)狀，進行了水下機械手控制系統(tǒng)研制、運動學及動力學分析、運

2、動控制算法研究及運動控制實驗等相關工作。
　　本文分析了國內(nèi)外水下機械手系統(tǒng)及其運動控制方法的研究現(xiàn)狀，全面總結了水下機械手系統(tǒng)及主要運動控制方法的研究成果及存在的問題，為本文對水下機械手運動控制技術研究工作的開展奠定了基礎。
　　為了研究水下機械手運動控制技術，本文基于上下位機主從式控制思想研制了水下機械手控制系統(tǒng)。通過分析機械手運動控制要求，確定控制系統(tǒng)的總體方案，進行功能模塊劃分，并對各模塊進行硬件電路設計。在硬件電路

3、設計過程中，針對功率電路引起的電磁干擾及電流波動問題，本文給出了光電隔離設計方法，該方法可將數(shù)字電路、模擬電路及功率電路有效隔離，減少它們之間的耦合關系。通過分析控制系統(tǒng)軟件體系結構，進行軟件模塊劃分，并詳細闡述了各模塊的主要任務，給出了具體實現(xiàn)流程圖。
　　針對該水下機械手進行了運動學和動力學分析，并根據(jù)實際工作要求對其進行運動規(guī)劃。首先從機械手的正向運動學著手，根據(jù)Denavit-Hartenberg方法建立正向運動學方程，而

4、實際應用中逆向運動學往往比正向運動學更重要，因此在正向運動學基礎上進行逆向運動學求解，建立逆向運動學方程;其次利用Lagrange方法對機械手進行動力學建模，并分析在水環(huán)境中水動力對其產(chǎn)生的影響，完善了機械手在水環(huán)境中的動力學模型;最后以運動軌跡平滑和作業(yè)時間最短為原則，對機械手進行運動軌跡規(guī)劃。
　　在運動學和動力學分析的基礎上，對水下機械手進行了運動控制研究。設計了Fuzzy-PID控制器對該機械手進行控制，并進行了仿真實驗，

5、得出了此控制器對該水下機械手控制精度較低，自適應能力較差的結論。為了更深入的對水下機械手控制方法進行研究以進一步提高軌跡跟蹤控制精度，本文提出了一種自適應終端滑?？刂品椒?，該方法引入了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡對機械手模型中的不確定項進行在線學習，將網(wǎng)絡輸出用于控制律，提高系統(tǒng)的控制精度，并進行了仿真實驗驗證。
　　本文以水下機械手為實驗平臺，對水下機械手控制系統(tǒng)進行了考機實驗，驗證了其長時間工作的可靠性和穩(wěn)定性。在此基礎之上對本文提出的自適