可移动机械臂轨迹跟踪控制方法研究

发布时间：2017-04-14 04:05

  本文关键词：可移动机械臂轨迹跟踪控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可移动机械臂是将工业上传统机械臂装配在可移动平台上,将移动机器人优势与工业机械臂优势相结合,拓宽了其应用领域。目前,在工业生产、宇宙探测、家政服务、深海开发、军事排险等领域得到了诸多应用。因此,对于可移动机械臂轨迹跟踪控制与路径规划控制的算法研究是具有里程碑式的意义。此外,移动平台与机械臂存在强烈的耦合,在执行任务时二者因受到彼此的影响,设计控制律效果将会大打折扣,无法完成理想目标。本文采用带有两自由度连杆的可移动机械臂系统为研究对象,运用具有结构相对简单、对模型没有精确性要求、抗干扰能力强等特性的自抗扰控制技术对被控对象的轨迹跟踪控制方法进行了相关的理论与仿真实验分析。并对被控系统的路径规划问题进行了研讨。本文的主要研究内容包括:针对强非线性被控系统,用数学方法描述建立反映其系统性质的简单实用的数学模型。通过对可移动机械臂自身带有的机构冗余度分析以及其受到的非完整性约束影响,使用拉格朗日功能平衡法推导出系统的动力学模型,为探究系统路径规划问题与研究轨迹跟踪控制算法奠定有利的基础。由表征空间法对执行给定目标的被控系统进行路径规划,在空间中得到表示每一时刻可移动机械臂系统状态的节点,并采用A*算法搜索出一条无碰撞、理想的路径。此外,本文从理论控制方面,针对可移动机械臂系统模型设计了基于自抗扰控制技术的轨迹跟踪控制策略。根据可移动机械臂系统机构上冗余的特性,引入系统输入力矩分解的设计思路,来解决机械臂末端执行器与移动平台之间存在的耦合问题。依据自抗扰控制器对模型的不依赖性与抗干扰性,最终设计出移动平台与机械臂末端执行器运动轨迹控制器,并通过仿真实验验证了设计控制算法的有效性。
【关键词】：可移动机械臂 路径规划 A*算法 自抗扰控制器
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 课题的研究背景及意义7-8
• 1.2 可移动机械臂的发展概述8-11
• 1.3 可移动机械臂系统轨迹跟踪与路径规划方法综述11-13
• 1.4 主要研究内容及章节安排13-15
• 第二章 可移动机械臂系统模型建立15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 移动机器人模型建立15-18
• 2.2.1 移动机器人运动学分析15-17
• 2.2.2 移动机器人动力学模型建立17-18
• 2.3 机械臂动力学模型建立18-21
• 2.4 可移动机械臂模型建立21-25
• 2.4.1 可移动机械臂运动学模型建立21-23
• 2.4.2 可移动机械臂动力学模型建立23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 基于表征空间的可移动机械臂路径规划方法研究26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 系统表征空间模型建立及规划方法概述26-30
• 3.2.1 建立空间模型26-28
• 3.2.2 空间路径搜索方法28-30
• 3.3 基于表征空间的可移动机械臂系统路径规划方法研究30-34
• 3.3.1 基于表征空间的可移动机械臂系统模型建立30-32
• 3.3.2 基于表征空间的可移动机械臂系统路径规划方法研究32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 自抗扰控制器设计与仿真实验研究35-44
• 4.1 自抗扰控制器概述35-39
• 4.1.1 跟踪微分器（TD）35-36
• 4.1.2 非线性误差反馈（NLSEF）36-38
• 4.1.3 扩张状态观测器（ESO）38-39
• 4.2 自抗扰控制器结构分析与仿真实验研究39-41
• 4.2.1 自抗扰控制器结构分析39-40
• 4.2.2 自抗扰控制器仿真实验研究40-41
• 4.3 自抗扰控制器参数整定41-43
• 4.3.1 跟踪微分器的参数整定41-42
• 4.3.2 扩张状态观测器的参数整定42-43
• 4.3.3 非线性误差反馈的参数整定43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 基于自抗扰技术的可移动机械臂轨迹跟踪控制方法研究44-51
• 5.1 引言44
• 5.2 基于自抗扰技术（ADRC）的可移动机械臂轨迹跟踪控制器设计44-49
• 5.2.1 基于ADRC的可移动机械臂输入力矩控制器设计44-46
• 5.2.2 基于ADRC的可移动机械臂末端执行器控制器设计46-48
• 5.2.3 基于ADRC的可移动机械臂移动平台控制器设计48-49
• 5.3 仿真实验研究49-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第六章 总结与展望51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-58
• 作者简介58
• 攻读硕士学位期间研究成果58

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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

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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

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10 ;连续式熔铜挤压机械臂[N];中国有色金属报;2003年

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