飞机蒙皮检测机器人动力学控制与实验研究
发布时间：2022-12-22 22:06
飞机蒙皮损伤检测问题关系着飞机飞行的安全,越来越受到人们的关注。本文对本实验室设计出来的第一代飞机蒙皮检测机器人进行一些机械结构的改进,使其更加适合在飞机蒙皮外表面运动,在此基础上开展了机器人动力学控制方法研究和综合实验。首先,介绍了一种真空吸附式的双框架飞机蒙皮检测机器人的机械结构,分析了机器人在飞机蒙皮表面的运动步态。针对飞机蒙皮检测机器人在飞机蒙皮表面的单步连续运动控制,建立了机器人多输入多输出动力学模型。其次,根据机器人的动力学模型,设计了一种滑模轨迹跟踪控制方法。针对系统中存在的模型不确定性和摩擦非线性,采用了自适应RBF神经网络进行估计和补偿,通过使用双曲正切滑模函数,改善了普通切换滑模函数带来的系统的颤振,构造李雅普诺夫函数证明了系统的稳定性,仿真结果表明所设计的控制策略在存在模型信息未知、摩擦非线性和未知扰动情况下具有良好的轨迹跟踪性能。然后,设计了机器人在输出受限情况下的反步控制策略,使用Barrier Lyapunov（障碍李雅普诺夫）函数保证飞机蒙皮检测机器人的位置误差控制在给定范围内,进而对机器人位置进行更加准确的控制。对系统中存在的和系统状态有关的不确定性采用...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 爬壁机器人研究现状
1.3 机器人非线性控制研究现状
1.4 本文主要研究内容
第二章 飞机蒙皮检测机器人机械结构分析及动力学建模
2.1 引言
2.2 飞机蒙皮检测机器人机械结构
2.3 飞机蒙皮检测机器人运动过程分析
2.4 飞机蒙皮检测机器人的动力学建模
2.4.1 飞机蒙皮健康检测机器人受力分析
2.4.2 机器人关节空间下动力学建模
2.4.3 笛卡尔坐标系下的机器人动力学模型
2.5 小结
第三章 基于自适应RBF神经网络补偿的飞机蒙皮检测机器人滑模控制
3.1 引言
3.2 飞机蒙皮健康检测机器人滑模控制器设计
3.2.1 滑模面的选取
3.2.2 RBF神经网络的设计
3.2.3 控制器的设计
3.3 仿真分析
3.4 小结
第四章 输出受限的飞机蒙皮检测机器人反步控制
4.1 引言
4.2 Barrier Lyapunov函数特性
4.3 输出受限的飞机蒙皮检测机器人全状态反馈反步控制器设计
4.3.1 模糊系统的设计
4.3.2 机器人控制器的设计
4.4 基于高增益状态观测器和Barrier Lyapunov函数的反步控制器设计
4.4.1 高增益观测器
4.4.2 高增益状态观测器的设计
4.4.3 机器人动力学控制器设计
4.5 仿真分析
4.6 小结
第五章 飞机蒙皮健康检测机器人运动控制软件设计
5.1 引言
5.2 上位机软件设计流程及协议分析
5.3 遥控手柄与接收机通信协议分析
5.4 姿态传感器数据传输协议及解析
5.4.1 姿态传感器简要说明
5.4.2 角度输出协议
5.4.3 角速度输出协议
5.4.4 加速度输出协议
5.4.5 数据接收与数据解析
5.5 小结
第六章 飞机蒙皮检测机器人运动实验研究
6.1 引言
6.2 飞机蒙皮检测机器人实验分析
6.3 小结
第七章 总结与展望
7.1 本文的主要工作
7.2 本文的不足及进一步展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RBF神经网络的作业型AUV自适应终端滑模控制方法及实验研究[J]. 杨超,郭佳,张铭钧. 机器人. 2018(03)
[2]基于非奇异终端滑模控制的PMSM速度调节（英）[J]. 刘相,王艳,严大虎,纪志成. 系统仿真学报. 2017(09)
[3]全向移动机器人模糊自适应滑模控制方法研究[J]. 康升征,吴洪涛. 机械设计与制造工程. 2017(03)
[4]不确定机器人系统无模型自适应滑模控制方法[J]. 李醒,王晓峰. 南京理工大学学报. 2015(06)
[5]基于反步法的航天器有限时间姿态跟踪容错控制[J]. 王辉,胡庆雷,石忠,高庆吉. 航空学报. 2015(06)
[6]基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制[J]. 于靖,陈谋,姜长生. 控制理论与应用. 2014(08)
[7]基于神经网络反步法的移动机器人路径跟踪控制[J]. 贾鹤鸣,宋文龙,陈子印,杨鑫,段海庆. 南京理工大学学报. 2014(01)
[8]基于自适应反步法的自主水下机器人变深控制[J]. 贾鹤鸣,宋文龙,陈子印. 华南理工大学学报(自然科学版). 2013(01)
[9]卡尔曼状态观测器在机器人力控制中的应用[J]. 李正义,唐小琦,熊烁,叶伯生. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(02)
[10]飞机蒙皮缺陷检查机器人系统设计[J]. 牛国臣,胡丹丹,王漫. 机床与液压. 2012(03)
硕士论文
[1]基于滑模的刚性机械臂有限时间轨迹跟踪控制研究[D]. 李小倩.东北大学 2013
本文编号：3724133
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 爬壁机器人研究现状
1.3 机器人非线性控制研究现状
1.4 本文主要研究内容
第二章 飞机蒙皮检测机器人机械结构分析及动力学建模
2.1 引言
2.2 飞机蒙皮检测机器人机械结构
2.3 飞机蒙皮检测机器人运动过程分析
2.4 飞机蒙皮检测机器人的动力学建模
2.4.1 飞机蒙皮健康检测机器人受力分析
2.4.2 机器人关节空间下动力学建模
2.4.3 笛卡尔坐标系下的机器人动力学模型
2.5 小结
第三章 基于自适应RBF神经网络补偿的飞机蒙皮检测机器人滑模控制
3.1 引言
3.2 飞机蒙皮健康检测机器人滑模控制器设计
3.2.1 滑模面的选取
3.2.2 RBF神经网络的设计
3.2.3 控制器的设计
3.3 仿真分析
3.4 小结
第四章 输出受限的飞机蒙皮检测机器人反步控制
4.1 引言
4.2 Barrier Lyapunov函数特性
4.3 输出受限的飞机蒙皮检测机器人全状态反馈反步控制器设计
4.3.1 模糊系统的设计
4.3.2 机器人控制器的设计
4.4 基于高增益状态观测器和Barrier Lyapunov函数的反步控制器设计
4.4.1 高增益观测器
4.4.2 高增益状态观测器的设计
4.4.3 机器人动力学控制器设计
4.5 仿真分析
4.6 小结
第五章 飞机蒙皮健康检测机器人运动控制软件设计
5.1 引言
5.2 上位机软件设计流程及协议分析
5.3 遥控手柄与接收机通信协议分析
5.4 姿态传感器数据传输协议及解析
5.4.1 姿态传感器简要说明
5.4.2 角度输出协议
5.4.3 角速度输出协议
5.4.4 加速度输出协议
5.4.5 数据接收与数据解析
5.5 小结
第六章 飞机蒙皮检测机器人运动实验研究
6.1 引言
6.2 飞机蒙皮检测机器人实验分析
6.3 小结
第七章 总结与展望
7.1 本文的主要工作
7.2 本文的不足及进一步展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RBF神经网络的作业型AUV自适应终端滑模控制方法及实验研究[J]. 杨超,郭佳,张铭钧. 机器人. 2018(03)
[2]基于非奇异终端滑模控制的PMSM速度调节（英）[J]. 刘相,王艳,严大虎,纪志成. 系统仿真学报. 2017(09)
[3]全向移动机器人模糊自适应滑模控制方法研究[J]. 康升征,吴洪涛. 机械设计与制造工程. 2017(03)
[4]不确定机器人系统无模型自适应滑模控制方法[J]. 李醒,王晓峰. 南京理工大学学报. 2015(06)
[5]基于反步法的航天器有限时间姿态跟踪容错控制[J]. 王辉,胡庆雷,石忠,高庆吉. 航空学报. 2015(06)
[6]基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制[J]. 于靖,陈谋,姜长生. 控制理论与应用. 2014(08)
[7]基于神经网络反步法的移动机器人路径跟踪控制[J]. 贾鹤鸣,宋文龙,陈子印,杨鑫,段海庆. 南京理工大学学报. 2014(01)
[8]基于自适应反步法的自主水下机器人变深控制[J]. 贾鹤鸣,宋文龙,陈子印. 华南理工大学学报(自然科学版). 2013(01)
[9]卡尔曼状态观测器在机器人力控制中的应用[J]. 李正义,唐小琦,熊烁,叶伯生. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(02)
[10]飞机蒙皮缺陷检查机器人系统设计[J]. 牛国臣,胡丹丹,王漫. 机床与液压. 2012(03)
硕士论文
[1]基于滑模的刚性机械臂有限时间轨迹跟踪控制研究[D]. 李小倩.东北大学 2013
本文编号：3724133
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