七自由度机械臂末端力控制
发布时间：2021-01-24 17:31
随着工业自动化水平的不断提升,机械臂的运用范围也在不断扩大。为满足复杂环境下的任务需求,对机械臂进行有效力控制便显得十分重要。机械臂的力控即在约束位置上对末端执行器与环境的接触力进行控制,本文采用力/位置混合控制方法研究机械臂的力控问题,将机械臂的工作空间分为位置子空间和力子空间。位置子空间位于接触面的切线方向,在该空间内对机械臂进行位置控制,力子空间与接触面的法线方向一致,在该空间内对机械臂采取力控制策略。机械臂的位置控制是对工作空间内机械臂的末端位姿加以控制,需先建立机械臂的运动学模型,实现关节空间与笛卡尔空间坐标的相互转换。文章采用D-H参数法建立机械臂的正运动学方程,并在此基础上推导了机械臂的雅可比矩阵。由于机械臂的逆运动学问题具有多解性,采用牛顿迭代法获得最优解。在对机械臂进行末端力控制前,需将其从空间任意位置平稳运行到达接触点,运用模拟退火遗传算法对这段路径进行轨迹规划研究。机械臂力控可以实现对末端输出力的有效控制,动力学模型的建立是其研究的关键。运用拉格朗日法推导机械臂的动力学方程,得出关节运动与力矩之间关系。为获得准确的动力学参数,采用基于电流的辨识方法对动力学参数进行...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轻型冗余自由度机器人发展现状
1.2.2 机器人力控制研究状况
1.3 论文主要研究内容及组织结构
1.3.1 论文主要研究内容
1.3.2 论文组织结构
第二章 七自由度机械臂运动学研究
2.1 概述
2.2 正运动学模型建立
2.2.1 七自由度机械臂介绍
2.2.2 D-H参数法
2.2.3 正运动学分析
2.2.4 正运动学仿真
2.3 机器人微分运动及雅可比矩阵
2.3.1 微分运动
2.3.2 雅可比矩阵
2.3.3 力的雅可比
2.4 逆运动学模型建立
2.4.1 逆运动学分析
2.4.2 逆运动学仿真
2.5 基于模拟退火遗传算法的路径规划
2.5.1 遗传算法
2.5.2 模拟退火算法
2.5.3 自适应模拟退火遗传算法
2.5.4 路径规划仿真
2.6 本章小结
第三章 七自由度机械臂动力学分析
3.1 概述
3.2 基于拉格朗日法的动力学建模
3.3 动力学模型的参数辨识
3.3.1 机械臂参数辨识模型
3.3.2 机械臂参数辨识算法
3.3.3 机械臂动力学参数辨识数据采集与轨迹设计
3.4 本章小结
第四章 基于电流的机械臂力/位置混合控制
4.1 概述
4.2 力/位置混合控制
4.2.1 自然约束与人工约束
4.2.2 七自由度机械臂力/位置混合控制
4.3 基于电流力检测模型的力环控制
4.4 机械臂冲击振荡抑制
4.5 本章小结
第五章 基于感知器的机械臂碰撞检测研究
5.1 概述
5.2 碰撞检测方法介绍
5.3 基于感知器的碰撞检测设计
5.3.1 感知器简介
5.3.2 感知器设计步骤
5.3.3 感知器数据采集滤波处理
5.4 基于动力学模型的碰撞急停研究
5.5 本章小结
第六章 机械臂控制实验
6.1 概述
6.2 七自由度机械臂的平台介绍
6.3 基于模拟退火遗传算法的路径规划实验
6.4 机械臂动力学参数辨识验证实验
6.5 机械臂力/位置混合控制实验
6.6 机械臂碰撞检测实验
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 文章总结
7.2 工作展望
致谢
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间冗余机械臂的路径规划算法研究[J]. 陈撼,裴甲瑞,陆智俊,吴敬玉,陈秀梅. 上海航天. 2017(05)
[2]六自由度搬运机器人的误差分析及仿真验证[J]. 王美妍,李杰. 煤矿机械. 2017(07)
[3]串联机器人运动学分析与研究[J]. 周承仙,富巍. 中北大学学报(自然科学版). 2016(05)
[4]A Fast Approach for Time Optimal and Smooth Trajectory Planning of Robot Manipulators[J]. Gang Liu,Chao Yun. Journal of Harbin Institute of Technology. 2016(05)
[5]基于避障工作空间的平面机器人机械臂的路径规划（英文）[J]. 李亚云,曹毅,石庆升. 机床与液压. 2016(18)
[6]7自由度串联机器人运动学分析[J]. 王梦,付铁,丁洪生,贾连涛. 机械设计与制造. 2016(08)
[7]工业机器人轨迹规划研究[J]. 高帅,杜姗姗. 计算机仿真. 2015(10)
[8]基于工作空间密度函数的平面冗余机器人的逆运动学求解算法[J]. 东辉,杜志江. 机械工程学报. 2015(17)
[9]工业机器人的技术发展及其应用[J]. 骆敏舟,方健,赵江海. 机械制造与自动化. 2015(01)
[10]工业机器人技术的发展与应用综述[J]. 计时鸣,黄希欢. 机电工程. 2015(01)
博士论文
[1]冗余机器人的运动学及轨迹规划的研究[D]. 王英石.南开大学 2014
[2]机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D]. 李正义.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]空间七自由度冗余机械臂动力学建模与控制研究[D]. 周诚.哈尔滨工业大学 2014
[2]机械臂力/位置混合控制方法研究[D]. 覃海强.重庆大学 2013
[3]基于自适应阻抗控制的并联机器人柔顺控制研究[D]. 马小良.哈尔滨工业大学 2009
[4]基于阻抗控制的机器人柔顺性控制方法研究[D]. 杨振.东南大学 2005
本文编号：2997646
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轻型冗余自由度机器人发展现状
1.2.2 机器人力控制研究状况
1.3 论文主要研究内容及组织结构
1.3.1 论文主要研究内容
1.3.2 论文组织结构
第二章 七自由度机械臂运动学研究
2.1 概述
2.2 正运动学模型建立
2.2.1 七自由度机械臂介绍
2.2.2 D-H参数法
2.2.3 正运动学分析
2.2.4 正运动学仿真
2.3 机器人微分运动及雅可比矩阵
2.3.1 微分运动
2.3.2 雅可比矩阵
2.3.3 力的雅可比
2.4 逆运动学模型建立
2.4.1 逆运动学分析
2.4.2 逆运动学仿真
2.5 基于模拟退火遗传算法的路径规划
2.5.1 遗传算法
2.5.2 模拟退火算法
2.5.3 自适应模拟退火遗传算法
2.5.4 路径规划仿真
2.6 本章小结
第三章 七自由度机械臂动力学分析
3.1 概述
3.2 基于拉格朗日法的动力学建模
3.3 动力学模型的参数辨识
3.3.1 机械臂参数辨识模型
3.3.2 机械臂参数辨识算法
3.3.3 机械臂动力学参数辨识数据采集与轨迹设计
3.4 本章小结
第四章 基于电流的机械臂力/位置混合控制
4.1 概述
4.2 力/位置混合控制
4.2.1 自然约束与人工约束
4.2.2 七自由度机械臂力/位置混合控制
4.3 基于电流力检测模型的力环控制
4.4 机械臂冲击振荡抑制
4.5 本章小结
第五章 基于感知器的机械臂碰撞检测研究
5.1 概述
5.2 碰撞检测方法介绍
5.3 基于感知器的碰撞检测设计
5.3.1 感知器简介
5.3.2 感知器设计步骤
5.3.3 感知器数据采集滤波处理
5.4 基于动力学模型的碰撞急停研究
5.5 本章小结
第六章 机械臂控制实验
6.1 概述
6.2 七自由度机械臂的平台介绍
6.3 基于模拟退火遗传算法的路径规划实验
6.4 机械臂动力学参数辨识验证实验
6.5 机械臂力/位置混合控制实验
6.6 机械臂碰撞检测实验
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 文章总结
7.2 工作展望
致谢
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间冗余机械臂的路径规划算法研究[J]. 陈撼,裴甲瑞,陆智俊,吴敬玉,陈秀梅. 上海航天. 2017(05)
[2]六自由度搬运机器人的误差分析及仿真验证[J]. 王美妍,李杰. 煤矿机械. 2017(07)
[3]串联机器人运动学分析与研究[J]. 周承仙,富巍. 中北大学学报(自然科学版). 2016(05)
[4]A Fast Approach for Time Optimal and Smooth Trajectory Planning of Robot Manipulators[J]. Gang Liu,Chao Yun. Journal of Harbin Institute of Technology. 2016(05)
[5]基于避障工作空间的平面机器人机械臂的路径规划（英文）[J]. 李亚云,曹毅,石庆升. 机床与液压. 2016(18)
[6]7自由度串联机器人运动学分析[J]. 王梦,付铁,丁洪生,贾连涛. 机械设计与制造. 2016(08)
[7]工业机器人轨迹规划研究[J]. 高帅,杜姗姗. 计算机仿真. 2015(10)
[8]基于工作空间密度函数的平面冗余机器人的逆运动学求解算法[J]. 东辉,杜志江. 机械工程学报. 2015(17)
[9]工业机器人的技术发展及其应用[J]. 骆敏舟,方健,赵江海. 机械制造与自动化. 2015(01)
[10]工业机器人技术的发展与应用综述[J]. 计时鸣,黄希欢. 机电工程. 2015(01)
博士论文
[1]冗余机器人的运动学及轨迹规划的研究[D]. 王英石.南开大学 2014
[2]机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D]. 李正义.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]空间七自由度冗余机械臂动力学建模与控制研究[D]. 周诚.哈尔滨工业大学 2014
[2]机械臂力/位置混合控制方法研究[D]. 覃海强.重庆大学 2013
[3]基于自适应阻抗控制的并联机器人柔顺控制研究[D]. 马小良.哈尔滨工业大学 2009
[4]基于阻抗控制的机器人柔顺性控制方法研究[D]. 杨振.东南大学 2005
本文编号：2997646
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