聚变堆精细操作机器人运动控制技术研究

发布时间：2017-06-16 13:08

  本文关键词：聚变堆精细操作机器人运动控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：核聚变能作为一种资源无限、清洁安全的新能源是当今世界解决能源问题的最主要出路。由于热核反应堆内部环境不适合人类在里面工作,在运行期间需要对其进行维护维修以及对一些旧的设备进行拆卸并更换、装配一些新的设备,故而需要遥操作机器人系统去代替人类去完成这部分工作。本文重点分析了遥操作机器人系统的从端机械臂的运动控制,主要完成机械臂的运动学分析、动力学分析、轨迹规划以及运动控制、机械臂的交互系统建立以及机械臂的离线仿真以及样机实验研究。首先,对聚变堆精细操作机器人进行运动学分析。建立机器人的运动学模型,给出其D-H参数,并根据D-H参数法则得出机器人的正向运动学,利用蒙特卡洛法求解工作空间,结合聚变堆精细操作机器人的具体构型,在MATLAB上仿真得到机器人的基本工作空间。结合雅可比矩阵,给出了阻尼最小二乘法求解机器人的逆运动学求解方法,完成聚变堆精细操作机器人的完整的运动学分析。其次,对聚变堆精细操作机器人进行动力学分析。基于拉格朗日公式求得机器人的动力学方程,给出了基于拉格朗日方程用雅克比矩阵表示的简化形式。根据聚变堆精细操作机器人的具体构型,给出聚变堆精细操作机器人动力学参数,为后续的在此基础上利用动力学方程进行机器人的离线控制仿真提供理论基础。另外,对聚变堆精细操作机器人进行轨迹规划。在笛卡尔空间规划过程中,采用加权最小范数法的二次修正法从而实现避免关节越限,并对其进行了奇异性分析,给出了避免关节奇异的解决方案;在关节空间的轨迹规划过程中,详细介绍了多段三次多项式插值方法和五次多项式插值方法。最后运用MATLAB对两种规划仿真结果进行分析,验证规划的可行性。此外,利用ADAMS和MATLAB完成基于重力补偿的PD控制对于系统做动力学仿真。对实现该机器人考虑动力学因素的动态控制仿真方法做了初步探讨。最后,搭建聚变堆精细操作机器人的交互系统,完成机器人运动的离线仿真和样机实验,验证机械臂运动分析及轨迹规划的合理性。
【关键词】：冗余机械臂 运动学 动力学 轨迹规划
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题的研究背景及意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.3 精细操作机器人运动系统16-20
• 1.3.1 系统简介16-18
• 1.3.2 聚变堆精细操作机器人运动控制的关键技术18-20
• 1.4 主要研究内容20-22
• 第2章 聚变堆精细操作机器人运动学22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 聚变堆精细操作机器人运动学描述22-27
• 2.2.1 聚变堆精细操作机器人运动学参数表示23-24
• 2.2.2 正运动学及机械臂的工作空间24-27
• 2.3 聚变堆精细操作机器人的雅克比矩阵27-30
• 2.4 逆运动学30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 精细操作机器人动力学33-38
• 3.1 引言33
• 3.2 动力学建模的一般表示方法33-36
• 3.3 聚变堆精细操作机器人动力学参数表示36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 精细操作机器人轨迹规划38-62
• 4.1 引言38
• 4.2 笛卡尔空间的轨迹规划38-43
• 4.2.1 加权最小范数法39-41
• 4.2.2 二次修正41-43
• 4.2.3 奇异性分析43
• 4.3 笛卡尔空间的轨迹规划的仿真43-46
• 4.4 关节空间轨迹的规划46-61
• 4.4.1 关节空间多项式插值46-53
• 4.4.2 关节空间多项式插值的仿真53-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 精细操作机器人控制方法研究62-75
• 5.1 引言62
• 5.2 机器人控制所采用的基本方法62-67
• 5.2.1 PID控制63
• 5.2.2 神经网络自适应控制63-64
• 5.2.3 模糊自适应控制64-65
• 5.2.4 滑模变结构控制65-67
• 5.3 基于重力补偿的机器人PD控制67-69
• 5.3.1 机器人独立PD控制67-69
• 5.3.2 基于重力补偿的PD控制69
• 5.4 仿真平台及结果69-73
• 5.5 本章小结73-75
• 第6章 精细操作机器人实验验证75-88
• 6.1 引言75
• 6.2 交互系统总体控制方案75-76
• 6.3 精细操作机器人实验软件环境76-80
• 6.4 精细操作机器人实验硬件环境80-82
• 6.5 实验结果82-88
• 结论88-90
• 参考文献90-94
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果94-95
• 致谢95-96

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