平面并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的研究.pdf

1、并聯(lián)機(jī)器人作為一種全新的機(jī)器人,具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差小、精度高、自重負(fù)荷比小、動(dòng)力性能好等一系列優(yōu)點(diǎn),與日前廣泛應(yīng)用的串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系.這類機(jī)器人在21世紀(jì)將有廣闊的發(fā)展前景. 平面并聯(lián)機(jī)器人較空間并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,計(jì)算量小,且制造成本低廉,也很容易在其結(jié)構(gòu)上搭建出空間結(jié)構(gòu)機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)要求.故加強(qiáng)平面并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力學(xué)分析研究,既為拓展平面并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用所必須也是空間機(jī)器人研

2、究的基礎(chǔ).其次,并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展,尤其在太空探索、采礦業(yè)以及機(jī)械設(shè)備如機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用,已經(jīng)超出了體積小、重量輕、速度低的限制.因此,不斷深入研究并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)建模和控制策略問(wèn)題,為開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新的并聯(lián)機(jī)器人提供了可能. 本文首先根據(jù)掌握的大量并聯(lián)機(jī)器人文獻(xiàn),對(duì)其在機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制策略等方面的主要研究成果、進(jìn)展以及尚未解決的問(wèn)題進(jìn)行了闡述.描述了平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型分類,接著簡(jiǎn)單介

3、紹了并聯(lián)機(jī)器人奇異位形研究的現(xiàn)狀,并提出了基于微分幾何方法的并聯(lián)機(jī)器人奇異位形的判定定理,最后分析了一種2-DOF并聯(lián)機(jī)器人的奇異位形.以2-DOF平面并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,運(yùn)用解析方法建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解方程,這將有利于并聯(lián)機(jī)器人的控制和軌跡規(guī)劃. 在并聯(lián)機(jī)器人的點(diǎn)位控制研究方面,文中詳細(xì)推導(dǎo)CKCs(closed kinematics chains)以獨(dú)立廣義坐標(biāo)表示的降階模型運(yùn)動(dòng)方程,首先應(yīng)用虛功原理結(jié)合拉格

4、朗日方程對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模,獲得了該機(jī)構(gòu)降階模型的具體表達(dá)式.該模型適于大多數(shù)閉鏈機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模,具有區(qū)別于開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的兩個(gè)基本特性,能夠?qū)⒋罅康尼槍?duì)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制方法應(yīng)用于CKCs系統(tǒng).本文還證明了降階模型具有類似開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的斜對(duì)稱特性,基于PD+重力補(bǔ)償?shù)目刂品椒杀ＷC系統(tǒng)呈局部漸近穩(wěn)定性. 含有閉鏈的并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型通常由微分一代數(shù)方程描述.這類機(jī)器人系統(tǒng)的傳統(tǒng)控制方法,往往需要采用諸如牛頓迭代

5、等數(shù)值方法對(duì)非獨(dú)立坐標(biāo)進(jìn)行求解,不利于實(shí)時(shí)控制.本文考慮機(jī)器人慣性參數(shù)的不確定性,提出一種基于奇異攝動(dòng)模型的自適應(yīng)跟蹤控制方法.這種方法將對(duì)原系統(tǒng)微分一代數(shù)方程的控制轉(zhuǎn)換為對(duì)人造奇異攝動(dòng)模型的控制,從而使算法易于實(shí)施.運(yùn)用Lyaptlnov理論證明了這種控制器能夠保證漸近軌跡跟蹤.仿真結(jié)果表明了該方法的有效性. 本文最后分別對(duì)涉及到的幾種控制方法進(jìn)行了對(duì)比分析,論述了不同方法的優(yōu)勢(shì)和不足.基于模型的計(jì)算力矩控制由于考慮了非線性補(bǔ)