GAMMA300型七自由度机械臂模糊控制研究

发布时间：2017-04-21 13:12

  本文关键词：GAMMA300型七自由度机械臂模糊控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文主要研究对象是GAMMA300型机械臂,是具有一个冗余自由度的七轴机械臂,它由美国的ROBAI公司设计生产。主要对研究对象在系统建模、正逆运动学、动力学、轨迹规划方法和轨迹跟踪控制方面进行分析与研究。在分析GAMMA300机械臂的构型的基础上,结合机械臂位姿变换的数学理论,采用D-H方法建立了机械臂的坐标系。并运用机械臂的正运动学,推导出GAMMA300机械臂的运动学正解。在建立正确的正运动学方程的基础上,采用反变换的算法推导求得了GAMMA300的逆运动学逆解公式。进而利用基于MATLAB平台的Robotics Toolbox工具箱,对GAMMA300型机械臂的运动学分析的正确性进行仿真验证。针对GAMMA300机械臂的轨迹规划,在关节空间中,采用三次多项式插值算法以及五次多项式插值算法对GAMMA300型机械臂轨迹规划进行仿真。在笛卡尔空间中分别进行直线规划和圆弧规划。在动力学分析中,主要介绍了牛顿-欧拉法和拉格朗日法,并利用拉格朗日法得到多关节机械臂的通用动力学方程。从冗余机械臂的容错性角度分析,固定机械臂的某些关节,对机械臂模型进行适当简化,利用拉格朗日法得到简化后机械臂的动力学运动方程。采用模糊控制的方法进行轨迹跟踪控制,结合机械臂的实际操作经验,设计出GAMMA300机械臂的模糊控制器,并在Simulink模块中,对模糊控制器针对该型机械臂轨迹跟踪控制的正确性和可行性进行仿真验证和分析。
【关键词】：冗余度 机械臂 正逆运动学 动力学 轨迹规划 模糊控制
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.引言10-18
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 机械臂研究概述11-12
• 1.3 机械臂关键技术概述12-15
• 1.3.1 机械臂轨迹规划12-13
• 1.3.2 机械臂控制13-14
• 1.3.3 机械臂仿真14-15
• 1.4 机械臂控制策略概述15-16
• 1.5 课题研究内容及安排16-18
• 2.GAMMA300型机械臂系统建模18-28
• 2.1 GAMMA300型机械臂构型分析18
• 2.2 机械臂位姿描述18-21
• 2.2.1 位置的描述19
• 2.2.2 方位的描述19-20
• 2.2.3 位姿的描述20-21
• 2.3 坐标变换21-23
• 2.3.1 坐标平移21
• 2.3.2 坐标旋转21-22
• 2.3.3 复合变换22-23
• 2.4 D-H法建立坐标系23-25
• 2.5 机械臂的雅可比矩阵25-26
• 2.6 本章小结26-28
• 3.GAMMA300型机械臂运动学及动力学研究28-50
• 3.1 GAMMA300机械臂的正运动学28-34
• 3.1.1 正运动学分析28-30
• 3.1.2 正运动学验证30-34
• 3.2 GAMMA300机械臂的逆运动学34-42
• 3.2.1 逆运动学解求解34-40
• 3.2.2 逆运动学算法验证及仿真40-42
• 3.3 GAMMA300型机械臂动力学42-49
• 3.3.1 牛顿-欧拉法43-44
• 3.3.2 拉格朗日算法44-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4.GAMMA300型机械臂轨迹规划50-65
• 4.1 轨迹规划的一般问题50-51
• 4.2 轨迹规划方法研究51-52
• 4.3 关节空间内轨迹规划52-58
• 4.3.1 三次多项式插值轨迹规划52-54
• 4.3.2 五次多项式插值轨迹规划54-56
• 4.3.3 多项式插值轨迹规划仿真56-58
• 4.4 笛卡尔空间内轨迹规划58-64
• 4.4.1 直线规划及仿真58-60
• 4.4.2 圆弧规划及仿真60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 5.GAMMA300型机械臂的模糊控制65-80
• 5.1 模糊控制理论65-70
• 5.1.1 模糊控制系统65
• 5.1.2 模糊控制器设计方法65-70
• 5.2 GAMMA300机械臂模糊控制器设计70-75
• 5.2.1 变量的定义和模糊化71
• 5.2.2 模糊控制规则的设定71-75
• 5.2.3 输出变量解模糊化75
• 5.3 仿真与实验结果分析75-78
• 5.4 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果86-87
• 致谢87-88

【参考文献】

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本文编号：320419