具有输入输出约束的刚柔机械臂系统控制方法研究

发布时间：2021-12-11 04:55

　　随着机器人技术在装备制造、航空航天、医疗救援等领域的广泛应用,高精度、高速度、低能耗机器人系统的发展受到诸多领域的重视。未来,机器人系统将代替人类从事纷繁复杂且精密的工作,有助于进一步解放社会生产力,提高工作效率,降低能源消耗,这与近年来提倡的建设绿色高效型社会理念是一致的,可以预见,机器人行业的巨大前景,强劲的市场需求以及可观的经济效益,刚柔耦合机械臂系统因此备受青睐。本文主要研究具有输入输出约束的双连杆刚柔耦合机械臂系统的控制问题。首先,分析双连杆刚柔耦合机械臂的系统结构,并基于双连杆刚柔耦合机械臂系统的能量,结合Hamilton原理推导出由常微分方程与偏微分方程描述的双连杆刚柔耦合机械臂系统的分布参数模型。其次,基于刚柔耦合机械臂系统的分布参数动力学模型,针对双连杆刚柔耦合机械臂系统的位置控制问题,提出一种具有输入饱和的双连杆刚柔耦合机械臂系统的抗饱和控制方法。该控制方法利用直接关节控制在刚柔机械臂系统关节处施加控制力矩达到控制关节角度的同时,抑制柔性连杆的振动,不需要在柔性连杆末端加装执行器。并且通过在控制器中引入平滑双曲函数,解决输入饱和约束问题。再设计Lyapunov函数以... 

【文章来源】：长春工业大学吉林省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锚泊系统示意图

洹⑶狂詈稀⒏叨确窍?性等特点，其本质上属于无穷维非线性分布参数系统[1]，因此建立精准有效的柔性机械臂系统的动力学模型是有相当难度的。根据系统物理结构特性的差异可以将柔性机械臂大致分为柔性弦结构[2]和柔性梁结构[3]两类，其中物理结构刚度较小的柔性臂系统被称作柔性弦系统，其常见的工程应用主要包括海洋工程锚泊系统[4]（如图1.1）、龙门式起重机系统[5]等。与之相对应的柔性梁系统描述的则是结构刚度较大的柔性臂系统，该系统常见的工程应用主要有柔性立管系统[6][7]、卫星太阳能帆板系统[8]（如图1.2）等。柔性机械臂系统的柔性特性是由组成系统机械结构的柔性构件引起的，集中体现在关节和连杆的柔性[9][10]，两者存在一定程度的耦合关系，其中关节柔性主要表现为系统运行过程中由关节转轴引起的扭曲变形，连杆柔性则是由组成该连杆的柔性材料的力学性能决定的，即在系统运行期间柔性连杆在外力作用下，其强度和变形等方面所表现出来的性能，主要包括轴向变形、挠曲变形等。在对柔性梁系统进行动力学分析时出于严谨性的考虑将系统中的柔性连杆均视作典型的Timoshenko梁[11][12]模型，由于多数情况下柔性连杆的横截面直径总要比连杆自身的长度小得多，这就导致系统运行期间柔性连杆受外力作用下所产生的挠曲形变要远远大于其产生的剪切和轴向形变，故着重考虑柔性连杆的挠曲形变给系统动力学特性带来的影响，其剪切形变和轴向形变则不予考虑，因此可以将柔性连杆的理论计算模型进一步简化为典型的Euler-Bernoulli梁[13]模型。Nguyen[14]，Ge[15]等学者围绕Euler-Bernoulli梁结构进行了深入研究。图1.1锚泊系统示意图图1.2卫星帆板与空间机械臂建立柔性机械臂系统动力学模型的方法主要分为两类：以Newton

第3章具有输入饱和的双连杆刚柔耦合机械臂系统位置控制221M=7，2M=6.45针对具有输入饱和约束的双连杆刚柔耦合机械臂系统（2-22）~（2-27），在抗饱和控制器（3-4），（3-5）的作用下，该系统10秒内的仿真结果如图3.2~图3.6所示：图3.2，图3.3分别表示关节1和关节2的旋转角度曲线，图3.4为刚柔耦合机械臂系统终端由振动特性引起的弹性形变量，图3.5，图3.6是系统控制输入1和控制输入2。（1）关节旋转角度图3.2关节1的旋转角度图3.3关节2的旋转角度（2）末端形变量


本文编号：3534047