六自由度串聯(lián)機(jī)械臂精度控制研究.pdf

1、本課題來源于國家自然基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào):51375519）。本文以六自由度串聯(lián)機(jī)械臂系統(tǒng)為研究對(duì)象，應(yīng)用六自由度串聯(lián)機(jī)械臂最為典型的PUMA560型機(jī)械臂作為研究載體，采用理論分析、仿真相結(jié)合的方法，以提高串聯(lián)機(jī)械臂在兩種特殊工況下的控制精度為目的。該特定工作狀況都是對(duì)機(jī)械臂在未知環(huán)境的自適應(yīng)性提出挑戰(zhàn)，在實(shí)踐作業(yè)中較為普遍，且未有十分有效的控制手段，分別為:由于未知載荷參數(shù)影響和當(dāng)視覺伺服作為機(jī)械臂控制系統(tǒng)時(shí)，所引起的精度控制問題。研

2、究?jī)?nèi)容包括:機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、精度分析、串聯(lián)機(jī)械臂在未知載荷下的精度控制、串聯(lián)機(jī)械臂在視覺伺服下的優(yōu)化和仿真。
　　本文主要做了以下研究工作:
　　1.研究6-DOF串聯(lián)機(jī)械臂在載荷參數(shù)未知，尤其在所持載荷較大的情況下，對(duì)機(jī)械臂的定位精確控制問題。設(shè)計(jì)一種復(fù)合控制方案，即基于標(biāo)稱計(jì)算力矩控制器加滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償器，用來控制機(jī)械臂末端執(zhí)行器夾持載荷參數(shù)未知且載荷大的情況，即通過滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來補(bǔ)償消除系統(tǒng)未知參數(shù)對(duì)標(biāo)稱計(jì)算力矩

3、的誤差影響，以確保存在未知參數(shù)和較大慣性的情況下整個(gè)控制系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性。該方法能夠有效地控制串聯(lián)機(jī)械臂系統(tǒng)的定位。于此同時(shí)，此方法具有系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程不要求系統(tǒng)慣性系數(shù)呈線性函數(shù)關(guān)系的顯著優(yōu)點(diǎn)。
　　2.為了更近一步提高機(jī)械臂在未知環(huán)境的適應(yīng)能力，優(yōu)化視覺伺服在6-DOF串聯(lián)機(jī)械臂定位精度控制方面的核心問題，即克服單目(eye-in-hand)和雙目(eye-to-hand)視覺伺服視覺缺點(diǎn)，應(yīng)用多攝像機(jī)視覺伺服方法，根據(jù)人體內(nèi)雙

4、邊解耦協(xié)同的生理調(diào)節(jié)機(jī)制，結(jié)合多攝像機(jī)系統(tǒng)的控制特性，提出了一種新穎的解耦協(xié)同控制策略，解決多攝像視覺伺服過程中運(yùn)動(dòng)以及信息高度耦合的問題，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。通過PUMA560串聯(lián)機(jī)械臂為研究對(duì)象，對(duì)提出的解耦協(xié)同控制系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真試驗(yàn)。
　　3.通過Matlab仿真，驗(yàn)證了串聯(lián)機(jī)械臂在載荷參數(shù)未知的情況下，末端執(zhí)行器位姿精度的提升。在視覺伺服過程中，根據(jù)不同的仿真條件，計(jì)算并繪制出三種構(gòu)建方式不同的視覺伺服系統(tǒng)仿真結(jié)果，驗(yàn)