三平动并联遥操纵机械手的控制策略研究

发布时间：2017-10-17 04:39

  本文关键词：三平动并联遥操纵机械手的控制策略研究

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【摘要】：基于力觉临场感的双向伺服控制系统是主-从机器人遥操纵系统的核心部分,如何将遥操纵系统中从手端位置和力信息正确的反馈到主端控制器,并通过合理的控制器算法以保证双向伺服系统的精确性、稳定性以及动、静态性能是遥操纵双向伺服控制系统的重要课题。本文结合国家自然科学基金项目“遥操纵多自由度电液伺服机械手力反馈控制策略”(项目编号:50975118),针对新型三自由度并联平动机械手,提出基于位置约束空间的新型双向伺服控制策略。针对六自由度并联机构位置正解解算困难、运动空间小、标定困难以及动平台的位置与方向强耦合等缺点,设计了三自由度平动并联机构,使用D-H法推导其运动学正、逆解方程以及拉格朗日法动力学公式,研究了其工作空间和奇异性问题。针对传统双向伺服控制策略不能准确反映从端反馈力的问题,在传统位差-力差力反馈控制策略的基础上,提出基于位置空间的控制策略,以增益矩阵代替数值增益,对反馈力的大小和方向进行优化。讨论了机械手在结构约束和障碍物约束两种情况下位置空间矩阵的建立方法。以本文的三自由度并联平动机械手为例推导位置空间的一般建立方法。对于机械手的运动控制器设计,本文使用基于模糊逻辑参数整定的PID算法的控制器,在传统PID控制的基础上,使用模糊控制规则对其参数进行整定,极大的改善了系统的动、静态特性。通过Simulink对三平动并联机构进行建模,建立主从结构伺服系统模型,对传统力差-位差型控制策略和基于位置空间的控制策略的控制效果进行比较。仿真结果表明,基于位置空间的双向伺服控制策略,从手能够更加准确的反应从端的干涉力的大小和方向,使系统具备更加真实的力觉临场感。
【关键词】：遥操纵 并联机构 力觉反馈 位置空间 模糊PID
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 遥操纵机器人与双向伺服控制系统9-11
• 1.1.1 遥操纵机器人技术概述9-10
• 1.1.2 临场感技术10-11
• 1.2 并联机构及其控制方法概述11-17
• 1.2.1 并联机构发展概述12-14
• 1.2.2 并联机构的分类与应用14-16
• 1.2.3 并联机构控制器设计概述16-17
• 1.3 主-从双向伺服系统控制策略分析17-21
• 1.3.1 四通道控制结构17-18
• 1.3.2 三通道控制结构18-19
• 1.3.3 二通道控制结构19-21
• 1.4 本文主要研究内容21-23
• 第2章 三自由度并联平动结构机械手的分析与研究23-35
• 2.1 三自由度并联平动结构运动学分析24-29
• 2.2 三平动并联机构的工作空间和奇异性分析29-31
• 2.3 三自由度并联平动机构的动力学分析31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 遥操纵双向伺服控制系统的组35-49
• 3.1 交流感应同步电机35-40
• 3.1.1 永磁同步电机概述36
• 3.1.2 永磁同步电机的数学模型36-40
• 3.2 永磁同步电机全闭环伺服控制系统40-45
• 3.2.1 基于DSP的交流永磁电机伺服控制器40-41
• 3.2.2 交流永磁电机伺服控制系统的控制方法41-42
• 3.2.3 永磁同步电机系统的建模与仿真42-45
• 3.3 力传感器信号采样调理电路设计45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 基于位置空间的双向伺服系统的控制策略49-67
• 4.1 基于位置空间的新型控制策略49-56
• 4.1.1 位置空间理论研究的必要性49-53
• 4.1.2 位置空间理论的理论基础53-56
• 4.2 位置空间理论的一般建立方法推导56-63
• 4.3 新型双向伺服控制策略的稳定性研究63-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第5章 基于模糊逻辑PID的控制器设计67-77
• 5.1 PID控制原理67-68
• 5.2 基于模糊逻辑参数整定的PID控制器结构68-72
• 5.2.1 模糊化69
• 5.2.2 建立模糊控制规则69-72
• 5.2.3 去模糊化72
• 5.3 基于模糊逻辑参数整定的PID控制器的仿真72-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第6章 遥操纵双向伺服系统的建模与仿真77-85
• 6.1 三自由度并联平动机械臂的机械结构建模77-78
• 6.2 遥操纵双向伺服控制系统模型的建立与仿真78-83
• 6.2.1 从手无干涉状态下仿真79-81
• 6.2.2 从手受干涉状态下仿真81-83
• 6.3 本章小结83-85
• 第7章 总结与展望85-87
• 7.1 论文成果总结85
• 7.2 工作展望85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-91

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本文编号：1046887