三维索牵机器人位姿控制关键问题的研究

发布时间：2017-08-12 13:11

  本文关键词：三维索牵机器人位姿控制关键问题的研究

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【摘要】：随着科学技术的不断发展,机器人技术异军突起并不断走向成熟,大量并联机器人和串联机器人技术融入到人们日常生产和生活中。然而,在某些特定场合,仅仅靠现有的机器人技术已不能满足其应用需求。因此,柔索并联机器人技术应运而生。柔索并联机器人技术作为一门新兴的学科,综合了串联机器人和并联机器人技术的优点和特点,逐步应用到现代生活的多个领域。本文以目前应用最为广泛的三维索牵摄像机器人为例,针对三维索牵机器人位姿控制的关键问题,主要从理论上对三维索牵机器人机构进行分析,并用先进的PID优化算法对末端的三维云台结构进行优化,提高系统的控制准确度,从而使索牵摄像机器人拍摄出清晰的图像。首先,根据三维索牵机器人系统的结构和需求,从宏观上对其进行理论分析,建立了通用的运动学模型,通过数值仿真验证了理论模型的合理性,为后面的相关硬件选型和位姿控制奠定了理论基础。其次,根据三维索牵机器人的具体控制要求,对三维索牵机器人的基本硬件选型进行了介绍,从而保证在硬件方面满足三维索牵机器人的控制要求。最后,为了使三维索牵机器人避免种种扰动因素的影响拍摄出清晰稳定的画面,以末端执行器的稳定云台为研究对象,采用改进的模糊PID控制算法对模型进行数值仿真和优化,使其满足精度要求。本文研究了三维索牵机器人机构位姿控制的相关问题,包括相应的理论分析,相关器件的选型,以及末端执行器精度的优化,并通过相应的数值仿真进行了验证,基本满足实际应用的需求。
【关键词】：柔索驱动 并联机器人 粒子群算法 模糊PID控制 运动学模型
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景与意义8-11
• 1.1.1 课题研究背景8-10
• 1.1.2 课题研究的意义10-11
• 1.2 三维索牵机器人系统的研究现状与发展11-13
• 1.2.1 三维索牵机器人系统的研究现状11-12
• 1.2.2 柔索并联机器人系统发展趋势12-13
• 1.3 三维索牵机器人系统设计分析13
• 1.3.1 柔索并联机器人系统的研究阶段13
• 1.3.2 柔索并联机器人系统设计分析13
• 1.4 论文组织结构13-15
• 第2章 系统总体方案设计与关键技术分析15-19
• 2.1 系统需求分析15
• 2.2 系统总体设计方案15-17
• 2.2.1 柔索驱动装置部分设计16
• 2.2.2 末端执行器部分设计16
• 2.2.3 中央控制台部分设计16-17
• 2.3 三维索牵摄像机器人系统工作流程17
• 2.4 关键技术分析17-18
• 2.4.1 力学分析概述17-18
• 2.4.2 控制策略概述18
• 2.5 本章小结18-19
• 第3章 三维索牵机器人系统理论研究19-29
• 3.1 三维索牵机器人机构运动学19-25
• 3.1.1 几何模型的建立19-20
• 3.1.2 运动学逆解分析20-21
• 3.1.3 运动学正解分析21-23
• 3.1.4 系统仿真23-25
• 3.2 三维索牵机器人机构动力学25-27
• 3.2.1 静力学分析25-26
• 3.2.2 动力学分析26-27
• 3.3 本章小结27-29
• 第4章 三维索牵机器人硬件选型与设计29-36
• 4.1 中央控制台的设计29-30
• 4.1.1 中央控制台需求分析29
• 4.1.2 控制台主要器件选择29-30
• 4.2 执行机构的设计30-34
• 4.2.1 执行机构需求分析30-31
• 4.2.2 执行机构主要器件选择31-34
• 4.2.3 电机控制方式的选择34
• 4.3 本章小结34-36
• 第5章 末端执行器控制方法的研究36-46
• 5.1 末端执行器结构分析36-38
• 5.1.1 三维云台数学模型36-37
• 5.1.2 三维云台扰动因素分析37-38
• 5.2 PID控制理论38-40
• 5.2.1 PID基本原理38-39
• 5.2.2 PID仿真分析39-40
• 5.3 模糊PID控制40-45
• 5.3.1 模糊控制器设计40-43
• 5.3.2 模糊PID控制器43-44
• 5.3.3 粒子群算法优化的模糊PID控制44-45
• 5.3.4 三维云台模糊PID仿真分析45
• 5.4 本章小结45-46
• 第6章 工作总结与展望46-47
• 6.1 主要工作总结46
• 6.2 不足与展望46-47
• 参考文献47-51
• 致谢51-52
• 申请学位期间的发表的论文及参与科研情况52

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本文编号：661747