平面二自由度并聯(lián)機器人的控制策略及其性能研究.pdf

1、由于擁有多條運動鏈，并聯(lián)機器人的機械結(jié)構(gòu)要比傳統(tǒng)的串聯(lián)機器人復雜得多，這使得并聯(lián)機器人的運動學和動力學關(guān)系都非常復雜，而多條運動鏈對末端執(zhí)行器運動的協(xié)調(diào)操作，更是給并聯(lián)機器人的運動控制提出了挑戰(zhàn)。本論文以一個平面二自由度并聯(lián)機器人為研究對象，從力矩傳遞性能、摩擦力補償和控制器設(shè)計三個方面，對并聯(lián)機器人運動控制進行了理論研究和實驗研究，主要內(nèi)容可歸納如下： (1)基于運動學反解，以速度雅克比矩陣條件數(shù)為指標，全面地研究了平面二自由

2、度并聯(lián)機器人的力矩傳遞性能與運動位形之間的關(guān)系，得到了最優(yōu)的運動位形。 (2)針對平面二自由度并聯(lián)機器人中的非線性摩擦力，將一個包含指數(shù)函數(shù)的非線性模型用于該并聯(lián)機器人的摩擦力建模，提出了一種非線性摩擦力補償方法，通過實際的軌跡跟蹤實驗將所提出的摩擦力補償方法與現(xiàn)有的摩擦力補償方法進行了對比研究。 (3)將非線性PD(nonlinear PD，NPD)控制分別與機器人中典型的增廣PD控制器與計算力矩控制器相結(jié)合，提出了兩

3、種NPD型動力學控制器-增廣NPD控制器和計算力矩NPD控制器，將這兩種新的控制器用于平面二自由度并聯(lián)機器人的控制，理論上證明了閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。在并聯(lián)機器人的實際軌跡跟蹤實驗中，將所提出的兩種控制器與典型的兩種控制器進行了對比研究。 (4)設(shè)計了一種工作空間的非線性自適應控制器，用于平面二自由度并聯(lián)機器人的軌跡跟蹤控制。采用梯度下降算法推導了參數(shù)自適應律，基于增廣PD控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計了自適應控制律，運用Lyapunov方法證

4、明了所提出的非線性自適應控制器的穩(wěn)定性，并且利用Barbalat引理進一步證明了末端執(zhí)行器的位置誤差和速度誤差將同時收斂到零。最后將所設(shè)計的控制器用于實際平面二自由度并聯(lián)機器人的軌跡跟蹤控制，對實驗結(jié)果進行了深入分析。 (5)針對并聯(lián)機器人多運動鏈之間的協(xié)調(diào)運動這一難題，基于同步控制思想，提出了兩種同步控制器用于平面二自由度并聯(lián)機器人的控制。首先提出了主動關(guān)節(jié)同步(Active Joint-Synchronization，AJ-

5、S)控制器，在主動關(guān)節(jié)空間中推導了并聯(lián)機器人的動力學模型，運用同步控制思想，基于此模型設(shè)計出了AJ-S控制律，并且理論證明了并聯(lián)機器人系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性，最后把所提出的AJ-S控制器用于實際平面二自由度并聯(lián)機器人的軌跡跟蹤控制。在設(shè)計AJ-S控制器時，需要考慮各支鏈間約束力的影響，而計算約束力時用到的加速度信號難以準確獲得。因此，進一步提出了輪廓誤差同步(Contour Error-Synchronization，CE-S)控制器，首先引