機(jī)器人機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的廣義同步研究.pdf

1、同步現(xiàn)象作為事物運(yùn)動(dòng)內(nèi)在聯(lián)系的一種表征，廣泛存在于自然與生命科學(xué)、工程科學(xué)與技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等領(lǐng)域。在現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中，由多個(gè)部分組成的系統(tǒng)需要同步、協(xié)同和合作來完成統(tǒng)一的工作任務(wù)，如：裝配、運(yùn)輸、噴涂和焊接等。在機(jī)器人領(lǐng)域，機(jī)器人按照軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)，各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)要按規(guī)劃同步運(yùn)動(dòng)。研究機(jī)器人機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的廣義同步問題在現(xiàn)代制造裝配和空間工程應(yīng)用中起著非常重要的作用，對(duì)更好的深入研究機(jī)器人系統(tǒng)同步理論，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，服務(wù)工程實(shí)際都具有重要的

2、理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文主要研究機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的廣義同步控制問題，以主從機(jī)器人系統(tǒng)的外部同步為目標(biāo)，主要應(yīng)用機(jī)器人學(xué)理論、現(xiàn)代控制理論、系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的AS-MRobot三自由度剛性機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模、外部同步控制器設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)穩(wěn)定性判別和數(shù)值仿真，為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)與理論對(duì)比奠定基礎(chǔ)。具體成果如下：
　　 以AS-MRobot三自由度剛性機(jī)器人為研究對(duì)象，分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，建立動(dòng)力學(xué)模

3、型。針對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)本身的物理特征，論述構(gòu)造滿足機(jī)器人閉環(huán)系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定的李雅普諾夫函數(shù)方法。作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，介紹了機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)節(jié)摩擦模型及其補(bǔ)償方法。
　　 為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)外部同步控制，本文設(shè)計(jì)一種基于全狀態(tài)可觀測(cè)的主從外部同步控制器。選取可模擬機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦的遲滯非線性系統(tǒng)為主系統(tǒng)，Duffing系統(tǒng)為從系統(tǒng)，應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性判別方法推導(dǎo)出控制器。采用數(shù)值仿真方法證明并討論了主從互換的同步過程。研究表明，控制

4、器參數(shù)主要影響實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)的過渡時(shí)間。
　　 針對(duì)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)存在模型誤差及干擾等因素，本文提出機(jī)器人魯棒同步軌跡跟蹤控制方法，設(shè)計(jì)了魯棒同步軌跡跟蹤控制器。針對(duì)AS-MRobot三自由度剛性機(jī)器人，在有無干擾信號(hào)和有無魯棒控制情況下，仿真分析機(jī)器人同步軌跡跟蹤的效果。本文還論述了一種在混沌動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)主從同步控制中較為廣泛適用的開閉環(huán)同步方法，并嘗試將該方法應(yīng)用于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)同步軌跡跟蹤控制，通過理論分析和數(shù)值仿真討論了

5、開閉環(huán)控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 最后，研究主從機(jī)器人的自適應(yīng)同步控制，討論基于PD增益自適應(yīng)調(diào)節(jié)的模型參考自適應(yīng)控制和魯棒自適應(yīng)控制。對(duì)參考模型選取、PD增益自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性判定等進(jìn)行探討。應(yīng)用數(shù)值方法論證了該方法對(duì)于AS-MRobot的三個(gè)關(guān)節(jié)的同步軌跡跟蹤控制的適用性。
　　 本文遞進(jìn)地研究了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)三種廣義外部同步控制方法，從機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模、控制器設(shè)計(jì)方法、穩(wěn)定性判別和數(shù)值仿真等角度對(duì)機(jī)器人同