主动悬架移动机械臂的动力学及其控制策略研究

发布时间：2020-06-04 13:14

【摘要】：移动机械臂机器人是一种由移动平台和机械臂组成的工作平台。该类机器人具有较好的空间机动性和运动灵活性,被广泛的应用于管道清洁、自主装配等工业生产与国防军工领域,具有宽广的应用前景。因此对移动机械臂这类机器人进行工作稳态的研究具有很强的现实意义。目前对于移动机械臂机器人方面的研究,国内外都取得了很多有意义的进展,开发了相关控制策略,但是针对采用可控悬架的移动机械人开展平稳性研究的还是较少,在本文研究的移动机械臂机器人中,拟在移动平台部分引入主动悬架代替传统的硬轴悬架,拟通过主动悬架和机械臂部分构成完整约束,来减少由于机械臂部分运动引起的扰动,提高移动平台工作的平稳性与可控性。本文主要从滑模控制和模糊控制角度出发,以带主动悬架的移动机械臂动力学模型为研究对象,应用Lyapunov法验证稳定性,提出了两种高性能的轨迹跟踪控制器,并通过与常数增益的滑模控制器仿真实验的对比,验证了新控制器的可靠性。主要内容如下:首先,针对所述的带主动悬架的移动机械臂机器人进行动力学建模,将主动悬架控制力考虑到移动特性中构成完整约束动力学方程,并以此模型为控制器设计的依据。然后针对该模型的耦合与不确定特性采用滑模控制理论进行控制器设计,首先设计了一种基于模型不确定信息上界估计的滑模-模糊控制策略,通过自适应分段设计滑模增益达到快速收敛和减少抖动的效果。其中模糊策略被用于分段滑模增益设计中对不确定性信息上界的估计,并通过Lyapunov方程验证了理论稳定性,这种控制策略的收敛和减少抖动效果都非常好,但是比较依赖对模型精确数据的了解,考虑到实际工程中模型精确参数获得成本较大的问题,进一步考虑设计一种针对模型不确定信息缺失情况下的高效滑膜控制器。针对上界不确定信息缺失问题,设计出一种不需要模型不确定项上界信息的滑模-模糊控制策略,该控制策略具有减小抖动和快速收敛的特点。通过分段设计滑模增益导函数,并引用模糊策略根据滑模变量函数及其导函数的状态调整增益大小,这种控制策略可以使滑膜变量在远离滑膜面时以较高的速度收敛至滑膜平面,而到达滑膜平面附近时,利用模糊策略根据滑膜变量当前状态和其导数状态进行自适应调整增益导函数,使滑动变量接近滑膜面时总是平滑的,从而减少抖动现象。并通过Lyapunov方程验证了理论稳定性。
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机械臂在执行力位指令的同时保持机器人身体的平s 公司在获得狄桑亚国家实验室许可的情况下，制造了它的主要用途是在极其险恶的地下矿井中进行救援工在充满爆炸性气体的环境中工作，它也可以作为一种配备的独特的关节联动底盘和履带结构使它能够在沟形中正常工作。2015 年 Robotnik 和 Kinova Robotic移动机器人，其配备 6 自由度的机械臂，并配有 3人具有较好的感知环境能力，通过安装的 RGBD 传周围环境。，其他的国家的大学及其研究所也在移动机械臂机器在过去的研究时光里，人们对该种机器人的研究主要阶段，随着理论的不断创新，实物的不断成熟，这类，太空，服务和清洁等行业，并发挥着巨大作用。

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图 1-2 Gemini Scout 机器人内研究状况比国外而言，我国在这方面的研究和设计起步较晚，哈尔滨工业大大学的机器人研发团队都分别研制出了自己的移动机械臂机器人业大学的学者王伟东对移动机械臂机器人的越障性能和稳定性进立质心运动学模型，得到机器人越障过程中质心的变化，，建立相关，分析了移动机械臂机器人机械臂部分的动态特性对越障性能的针对移动机械臂机器人的强耦合非线性的系统特点，采用微分几何构控制相结合的非线性控制策略实现了对移动机械臂的轨迹跟踪用一种主从式的模糊控制策略实现了对机器人姿态和机械臂动作津理工大学的学者李娜和赵新华等人针对 3 自由度的移动平台和臂组成的移动机械臂机器人进行了运动学分析，计算出基于雅克比，并在其研究中发现了机械臂部分处于某些特殊情况下，移动平台机械臂没有影响[28]，康静针对机械手和移动平台的协调性能进行
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP241

【参考文献】