六自由度機械臂末端軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、本文以六自由度機械臂為研究對象,基于Udwadia-Kalaba方程的動力學模型分析,將其用于六自由度機械臂軌跡跟蹤控制,為機械臂軌跡跟蹤控制器的設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　對于六自由度機械臂的正逆運動學,通過三維空間位姿描述方法以及機械臂連桿坐標系建立方法,利用D-H參數(shù)得到機械臂各個關(guān)節(jié)坐標系間的相互轉(zhuǎn)換公式,從而建立機械臂的正運動學方程。在此基礎(chǔ)上,采用雙變量反正切函數(shù)分析得到了機械臂逆運動學的封閉解。
　　通過約束理論、

2、偽逆矩陣、拉格朗日方程及高斯最小拘束原理的介紹,推導了Udwadia-Kalaba方程。結(jié)合Baumgarte約束違約穩(wěn)定法可以解決Udwadia-Kalaba方程不適用于不相容初始條件的問題。
　　根據(jù)D-H連桿坐標系,首先按照拉格朗日方法推導出機械臂的無約束運動模型,然后采用歐拉角描述機械臂末端連桿約束姿態(tài),與正運動學方程聯(lián)立,得出廣義坐標形式的姿態(tài)約束矩陣方程,通過求解歐拉角逆解,建立描述機械臂姿態(tài)的約束方程式,從而利用Ud

3、wadia-Kalaba方程建立機械臂系統(tǒng)動力學模型進行軌跡跟蹤控制。
　　仿真采用了Matlab仿真及與Adams軟件的聯(lián)合仿真,Matlab仿真按照初始條件是否相容,從固定姿態(tài)約束到姿態(tài)軌跡約束的情況依次進行,聯(lián)合仿真考慮不相容初始條件與姿態(tài)軌跡約束的一般情況,實現(xiàn)了穩(wěn)定的軌跡跟蹤控制,是對理論研究成果的驗證。
　　通過這些研究工作得出基于 Udwadia-Kalaba方程的六自由度機械臂軌跡跟蹤控制方法能夠以較高的精度