一类平面多连杆欠驱动机械臂的运动控制
发布时间：2021-11-12 10:35
非完整欠驱动机械系统的控制是目前非线性系统控制的一个重要领域。本文以具有一阶非完整约束的平面多连杆欠驱动机械臂(简记为:平面PAn-1机械臂,其中P代表被动连杆,A代表主动连杆,上标n-1为主动连杆的数目,n?3)为对象,对其运动控制问题进行深入研究。在分析系统运动特性的基础上,对平面PAn-1机械臂的末端点位置控制问题、末端连杆姿态控制问题以及该系统的鲁棒控制问题具体展开探讨。论文的主要研究成果和创新点如下:（1）针对平面PAn-1机械臂的末端点位置控制问题,提出一种基于在线智能优化算法的三阶段控制策略。为降低控制策略设计的复杂程度,将平面PAn-1机械臂降阶为平面虚拟三连杆欠驱动机械臂。设计一种二阶段控制策略实现平面虚拟三连杆欠驱动机械臂的末端点位置控制。在每一个控制阶段中,又将平面虚拟三连杆欠驱动机械臂降阶为平面虚拟Acrobot。采用在线差分进化算法,根据系统末端点的目标位置和两个平面虚拟Acrobot的角度约束关系,计算平面虚拟三连杆欠驱动机械臂中所有连杆的目标角度。为平面虚拟三连杆欠驱动...
【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
平面PAn-1机械臂的物理模型
后依据该运动学模型推导出系统末端点位置、末端连杆姿态角与各连杆角度之间的数学关系。图2-2为平面PAn-1机械臂的结构简图。其中，0 表示基坐标系，i （ i 1,2, ,n）表示建立在第 i 连杆上的动坐标系，n 1 表示建立在系统末端点上的动坐标系,n 1 的横轴沿第 n 连杆轴心方向。图 2-2 平面 PAn-1机械臂结构简图由图 2-2 可知，动坐标系1 相对于基坐标系0 没有平移。那么，平移变换矩阵01P 为：011 0 00 1 00 0 1P (2-11)此外，动坐标系1 相对于基坐标系0 逆时针旋转角度1q 0.5 ，旋转变换矩阵01R 为： 1 101 1 11 11 1cos 0
中国地质大学博士学位论文 驱动连杆的初始角度不为零，则降阶后平面虚拟三连杆欠驱动机法到达平面 PAn-1机械臂末端点几何可达区域中靠近外边缘的环，使用这种模型降阶方法，会直接导致降阶系统的几何可达区何可达区域。因此，这种模型降阶方法虽然简单、直接，但并设计一种新式的模型降阶方法，该方法在将平面 PAn-1机械臂降杆欠驱动机械臂的同时，还可以保证平面虚拟三连杆欠驱动机到达平面 PAn-1机械臂末端点几何可达区域的中靠近外边缘的环体可被描述为：在平面 PAn-1机械臂的所有驱动连杆中选取两根虚拟三连杆欠驱动机械臂的驱动连杆，然后将平面 PAn-1机械臂杆的角度控制至零（通俗的说，该过程就是将平面虚拟三连杆所有虚拟连杆都“拉直”），最终平面 PAn-1机械臂就降阶为平面虚械臂。该模型降阶方法的示意图如图 3-1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于轨迹规划的平面三连杆欠驱动机械臂位置控制[J]. 黄自鑫,赖旭芝,王亚午,吴敏. 控制与决策. 2020(02)
[2]欠驱动机械臂滑模控制与实验研究[J]. 牛瑞燕,许午啸,刘金琨. 仪器仪表学报. 2016(02)
[3]太空实验引出对“引力重力失重”问题的探讨[J]. 蒋华,周智良. 物理通报. 2014(07)
[4]基于广义逆的欠驱动航天器姿态机动控制[J]. 黄静,李传江,马广富,刘刚. 自动化学报. 2013(03)
[5]一类欠驱动系统的控制方法综述[J]. 孙宁,方勇纯. 智能系统学报. 2011(03)
[6]板-球系统的经典控制和模糊控制的研究[J]. 孟廷豪,王忠庆,温志芳. 科技信息. 2011(14)
[7]基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法的仿真与实验研究[J]. 王智锋,马书根,李斌,王越超. 自动化学报. 2011(05)
[8]欠驱动2DTORA基于部分反馈线性化的非线性控制设计[J]. 高丙团,黄学良. 东南大学学报(自然科学版). 2011(02)
[9]空间站机械臂研究[J]. 张凯锋,周晖,温庆平,桑瑞鹏. 空间科学学报. 2010(06)
[10]基于部分反馈线性化的三杆体操机器人控制策略[J]. 赖旭芝,蔡畅,吴敏,佘锦华. 高技术通讯. 2009(12)
博士论文
[1]欠驱动机械系统的运动控制研究[D]. 张安彩.中南大学 2012
[2]水平运动的欠驱动机器人运动规划与控制研究[D]. 刘庆波.北京工业大学 2009
硕士论文
[1]欠驱动三杆体操机器人控制策略研究[D]. 蔡畅.中南大学 2009
本文编号：3490739
【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
平面PAn-1机械臂的物理模型
后依据该运动学模型推导出系统末端点位置、末端连杆姿态角与各连杆角度之间的数学关系。图2-2为平面PAn-1机械臂的结构简图。其中，0 表示基坐标系，i （ i 1,2, ,n）表示建立在第 i 连杆上的动坐标系，n 1 表示建立在系统末端点上的动坐标系,n 1 的横轴沿第 n 连杆轴心方向。图 2-2 平面 PAn-1机械臂结构简图由图 2-2 可知，动坐标系1 相对于基坐标系0 没有平移。那么，平移变换矩阵01P 为：011 0 00 1 00 0 1P (2-11)此外，动坐标系1 相对于基坐标系0 逆时针旋转角度1q 0.5 ，旋转变换矩阵01R 为： 1 101 1 11 11 1cos 0
中国地质大学博士学位论文 驱动连杆的初始角度不为零，则降阶后平面虚拟三连杆欠驱动机法到达平面 PAn-1机械臂末端点几何可达区域中靠近外边缘的环，使用这种模型降阶方法，会直接导致降阶系统的几何可达区何可达区域。因此，这种模型降阶方法虽然简单、直接，但并设计一种新式的模型降阶方法，该方法在将平面 PAn-1机械臂降杆欠驱动机械臂的同时，还可以保证平面虚拟三连杆欠驱动机到达平面 PAn-1机械臂末端点几何可达区域的中靠近外边缘的环体可被描述为：在平面 PAn-1机械臂的所有驱动连杆中选取两根虚拟三连杆欠驱动机械臂的驱动连杆，然后将平面 PAn-1机械臂杆的角度控制至零（通俗的说，该过程就是将平面虚拟三连杆所有虚拟连杆都“拉直”），最终平面 PAn-1机械臂就降阶为平面虚械臂。该模型降阶方法的示意图如图 3-1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于轨迹规划的平面三连杆欠驱动机械臂位置控制[J]. 黄自鑫,赖旭芝,王亚午,吴敏. 控制与决策. 2020(02)
[2]欠驱动机械臂滑模控制与实验研究[J]. 牛瑞燕,许午啸,刘金琨. 仪器仪表学报. 2016(02)
[3]太空实验引出对“引力重力失重”问题的探讨[J]. 蒋华,周智良. 物理通报. 2014(07)
[4]基于广义逆的欠驱动航天器姿态机动控制[J]. 黄静,李传江,马广富,刘刚. 自动化学报. 2013(03)
[5]一类欠驱动系统的控制方法综述[J]. 孙宁,方勇纯. 智能系统学报. 2011(03)
[6]板-球系统的经典控制和模糊控制的研究[J]. 孟廷豪,王忠庆,温志芳. 科技信息. 2011(14)
[7]基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法的仿真与实验研究[J]. 王智锋,马书根,李斌,王越超. 自动化学报. 2011(05)
[8]欠驱动2DTORA基于部分反馈线性化的非线性控制设计[J]. 高丙团,黄学良. 东南大学学报(自然科学版). 2011(02)
[9]空间站机械臂研究[J]. 张凯锋,周晖,温庆平,桑瑞鹏. 空间科学学报. 2010(06)
[10]基于部分反馈线性化的三杆体操机器人控制策略[J]. 赖旭芝,蔡畅,吴敏,佘锦华. 高技术通讯. 2009(12)
博士论文
[1]欠驱动机械系统的运动控制研究[D]. 张安彩.中南大学 2012
[2]水平运动的欠驱动机器人运动规划与控制研究[D]. 刘庆波.北京工业大学 2009
硕士论文
[1]欠驱动三杆体操机器人控制策略研究[D]. 蔡畅.中南大学 2009
本文编号：3490739
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