六自由度机械臂半实物仿真系统研究
本文选题：机械臂 + 轨迹规划 ； 参考：《北京理工大学》2016年硕士论文
【摘要】：机械臂已广泛应用于工业、医疗、航天、教育等各个领域,对机械臂的研究具有重要意义。本文研究六自由度机械臂半实物仿真系统,建立了机械臂虚拟仿真系统和6自由度机械臂实物控制系统。首先,以六自由度机械臂为研究对象,采用Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了正逆运动学模型,基于拉格朗日法建立了动力学模型。其次,研究了机械臂轨迹规划算法和控制算法。使用定步长插补和变步长插补方法,完成了六自由度机械臂的笛卡尔空间直线和圆弧的轨迹规划及仿真,仿真结果说明变步长插补可使机械臂启停比较平缓。利用带有改进切换函数的自适应非奇异终端滑模控制算法(ANTSMC),完成了六自由度机械臂轨迹跟踪控制及仿真,仿真结果证明改进切换函数有效减小了控制力矩的抖振。再次,搭建了六自由度机械臂虚拟仿真平台,完成了虚拟建模、3D虚拟仿真、以及GUI仿真界面设计,在虚拟仿真平台上展示了六自由度机械臂运动学、轨迹规划和控制算法的3D可视化仿真。最后,建立了六自由度机械臂的实物控制平台,采用基于CAN总线的上位机与DSP关节控制板两级控制架构,在实物控制平台上实现了轨迹规划和控制算法,得到满意的实验结果。
[Abstract]:Manipulator has been widely used in industrial, medical, aerospace, education and other fields. In this paper, the virtual simulation system and the physical control system of 6-DOF manipulator are established. Firstly, the forward and inverse kinematics model is established by Denavit-Hartenberg (D-H) method, and the dynamic model is established based on Lagrangian method. Secondly, the trajectory planning algorithm and control algorithm are studied. Using the methods of constant step interpolation and variable step length interpolation, the trajectory planning and simulation of Cartesian space straight line and arc of 6-DOF manipulator are completed. The simulation results show that variable step interpolation can make the manipulator start and stop more smoothly. An adaptive nonsingular terminal sliding mode control algorithm with improved switching function (ANTSMC) is used to complete the trajectory tracking control and simulation of a 6-DOF manipulator. The simulation results show that the improved switching function can effectively reduce the chattering of the control torque. Thirdly, the virtual simulation platform of six-degree-of-freedom manipulator is built, the virtual modeling and 3D virtual simulation, and the GUI simulation interface design are completed, and the kinematics of six-degree-of-freedom manipulator is demonstrated on the virtual simulation platform. 3D visual simulation of trajectory planning and control algorithms. Finally, the physical control platform of 6-DOF manipulator is established. The two-level control structure of upper computer and DSP joint control board based on can bus is adopted. The trajectory planning and control algorithm is realized on the physical control platform, and satisfactory experimental results are obtained.
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 侯保林,樵军谋,韩宏潮;一重载高速机械臂的结构与控制同时设计[J];机械设计;2004年01期
2 贾宏亮;姚琼;黄强;;基于质量分配的空间机械臂刚度优化[J];中国空间科学技术;2008年03期
3 李斌;;月球车车载机械臂的研究进展及关键技术探讨[J];机器人技术与应用;2008年03期
4 ;美大学研发脑波控制机械臂[J];机械研究与应用;2009年01期
5 任美玲;陶大锦;;机械臂的研究与进展[J];出国与就业(就业版);2012年02期
6 刘朋增;;基于移动平台的机械臂结构分析与设计[J];企业导报;2013年11期
7 ;手术用微型机械臂[J];机器人情报;1994年01期
8 贺棚梓;;升级版加拿大机械臂[J];太空探索;2014年02期
9 张畅;唐立军;吴定祥;贺慧勇;司妞;李涛;;六轴机械臂在冰箱能耗检测线中的轨迹分析[J];电子科技;2014年04期
10 杨孝文;;猴子学会用控制机械臂[J];共产党员;2008年14期
相关会议论文 前10条
1 王印超;赖小明;杨学宁;李建永;陈化智;陶建国;;绳驱式表取采样机械臂的设计研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集（下册）[C];2012年
2 张继辉;;助力机械臂在汽车制造业中的应用[A];第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C];2012年
3 黄登峰;陈力;;基于双向映射神经元网络的漂浮基空间机械臂逆运动学控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年
4 陈瑞燕;梁辉;冯永;;用于深水水下设备下放安装的多功能机械臂[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
5 朱华里;张芳;;电机控制下的一类弹性机械臂系统的镇定[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
6 郑桦;丛爽;魏子翔;;提高实际绘图精度与速度的二自由度机械臂控制[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
7 刘达;王田苗;张浩;;一种用于辅助外科手术的机械臂设计[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年
8 韩清凯;张昊;高培鑫;刘金国;;机械臂系统控制同步的非线性动力学特性研究[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年
9 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态与末端抓手协调运动的模糊变结构滑模控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年
10 刘庆杰;许向阳;戴亚平;;基于机械臂转速的远程广义最小方差控制[A];全国炼钢连铸过程自动化技术交流会论文集[C];2006年
相关重要报纸文章 前10条
1 ;“凤凰”轻舒机械臂,火星留下第一痕[N];新华每日电讯;2008年
2 葛秋芳;科学家让猴子凭“意念”操纵机械臂抓取食物[N];新华每日电讯;2008年
3 毛毛;瑞典开发出不怕水的微型机械臂[N];中国高新技术产业导报;2000年
4 ;瑞典开发出不怕水的医用微型机械臂[N];中国信息报;2000年
5 王晓晨 潘晨;让中国“臂”炫舞太空[N];中国航天报;2012年
6 田兆运 张晓祺;“玉兔号”:机械臂投放测试成功，，即将开始休眠[N];新华每日电讯;2013年
7 通讯员 祁登峰 记者 付毅飞;“玉兔”机械臂成功实施首次科学探测[N];科技日报;2014年
8 子虎;未来做手术动口不动手[N];北京科技报;2004年
9 张雪松;“卫星抓卫星”缘何有人不安[N];中国航天报;2013年
10 ;连续式熔铜挤压机械臂[N];中国有色金属报;2003年
相关博士学位论文 前10条
1 郭宇飞;不确定弹药自动装填系统动力学与控制研究[D];南京理工大学;2015年
2 王琨;提高串联机械臂运动精度的关键技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
3 杜滨;全方位移动机械臂协调规划与控制[D];北京工业大学;2013年
4 张鹏;机械臂协调操作柔性负载系统动力学与控制[D];吉林大学;2010年
5 唐志国;机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D];吉林大学;2011年
6 丛佩超;空间机械臂抓取目标的碰撞前构型规划与控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 杜艳丽;可重构机械臂分散控制及主动容错控制方法研究[D];吉林大学;2014年
8 廖一寰;空间自由漂浮机械臂系统的运动规划方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
9 石进峰;空间机械臂热控制关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
10 张奇;轻型机械臂系统及其基于无源性理论的柔顺控制研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 庞征博;船舶大分段划线机械臂控制技术研究[D];大连理工大学;2012年
2 李彬;基于平行机构的发动机缸盖螺栓拧紧机械臂的研发[D];华南理工大学;2015年
3 刘彩凤;不同重力环境下空间机械臂摩擦补偿控制研究[D];燕山大学;2015年
4 王海滨;基于TMS320F2812的一阶机械臂控制系统的研究[D];东北林业大学;2015年
5 贾召敏;排爆机械臂结构设计与控制研究[D];南京理工大学;2015年
6 张会会;某机械臂液压系统可靠性分析[D];南京理工大学;2015年
7 吴诚骁;托卡马克腔特种环境下内窥机械臂闭环主动冷却系统研究[D];上海交通大学;2015年
8 林俐;托卡马克柔性内窥机械臂刚柔耦合动力学建模与仿真[D];上海交通大学;2015年
9 谢广庆;托卡马克腔内作业机械臂运载车系统研究[D];上海交通大学;2015年
10 岳宗帅;可重构机械臂关节模块控制器设计及运动控制研究[D];沈阳理工大学;2015年
本文编号：2050353
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2050353.html
