串联机器人高性能运动控制方法研究

发布时间：2023-11-30 19:08

　　工业机器人可以降低生产成本,取代危险、肮脏和重复性的工作,因此已经广泛应用在焊接、搬运、上下料等各种工业过程中。随着技术进步和工业发展,人们对机器人的运动性能如跟踪精度、动态响应和鲁棒性等要求也更高。工业机器人是一种高度复杂的非线性系统,不可避免存在着关节耦合、时变参数、负载变化、未建模动态和未知外部扰动等不确定性因素,影响系统性能。为此,本文以受不确定因素影响的串联机器人为研究对象,对动力学参数辨识,非线性摩擦建模和高性能鲁棒运动控制技术等问题进行研究。主要内容如下:基于动态特性设计控制器是提高机器人运动性能的有效途径,因此首先针对本文所用串联机器人实验平台分析建立动力学模型。为简化参数辨识过程,借助开源软件OpenSymoro求解观测矩阵和最小惯性参数集。设计激励轨迹,对激励轨迹参数进行优化,并对所采集的数据进行预处理,以降低测量噪声影响,用最小二乘法辨识得到所需参数。关节非线性摩擦会对控制性能产生重要影响,尤其是在关节转速较低时。为提高低速时的控制精度,本文选择合适的连续非线性摩擦模型补偿关节摩擦。根据实验测得的速度和摩擦力矩,采用差分进化算法辨识出最佳模型参数。通过模型拟合曲线...

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的提出及意义
    1.2 国内外相关领域研究综述
        1.2.1 机器人动力学模型与参数辨识
        1.2.2 关节摩擦建模与参数辨识方法
        1.2.3 机器人运动控制方法
    1.3 本文研究内容
        1.3.1 课题研究的提出
        1.3.2 研究内容和组织结构
第2章 机器人系统的建模与参数辨识
    2.1 引言
    2.2 串联机器人实验平台
        2.2.1 机器人本体
        2.2.2 机器人控制系统
    2.3 动力学模型的线性化和最小参数集
    2.4 激励轨迹设计和参数优化
    2.5 采样数据预处理
    2.6 参数辨识与结果分析
    2.7 实验验证
    2.8 结论
第3章 机器人关节连续非线性摩擦建模与参数辨识
    3.1 引言
    3.2 关节摩擦建模
        3.2.1 摩擦力矩的测量
        3.2.2 连续摩擦模型
    3.3 基于差分进化算法的摩擦模型参数辨识
        3.3.1 连续摩擦模型参数的辨识原理
        3.3.2 差分进化算法
        3.3.3 差分进化算法辨识流程
    3.4 连续摩擦模型参数辨识与实验验证
    3.5 本章小结
第4章 基于模型辅助扩张状态观测器的机器人计算力矩控制
    4.1 引言
    4.2 基本原理
        4.2.1 自抗扰控制
        4.2.2 计算力矩控制
        4.2.3 问题描述
    4.3 模型辅助扩张状态观测器
    4.4 基于MESO的计算力矩控制器设计
    4.5 闭环系统稳定性证明
    4.6 仿真分析
        4.6.1 无不确定性的机器人轨迹跟踪控制
        4.6.2 存在不确定性时的机器人轨迹跟踪控制
    4.7 实验验证
    4.8 本章小结
第5章 基于有限时间收敛观测器的机器人有限时间控制
    5.1 引言
    5.2 基本原理
        5.2.1 有限时间稳定的概念
        5.2.2 稳定性证明中用到的其他引理
        5.2.3 问题描述
    5.3 FTMESO的设计
    5.4 有限时间控制器设计
    5.5 仿真分析
    5.6 实验验证
    5.7 本章小结
第6章 不确定性机器人独立关节预设性能控制
    6.1 引言
    6.2 基本原理
        6.2.1 问题描述
        6.2.2 预设性能函数
    6.3 变增益摩擦补偿扩张状态观测器
    6.4 预设性能控制器设计
    6.5 仿真分析
    6.6 实验验证
        6.6.1 二自由度关节空间轨迹跟踪实验
        6.6.2 六自由度笛卡尔空间轨迹跟踪实验
    6.7 总结
第7章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 论文创新点
    7.3 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间撰写的论文专著及参与的项目
    攻读博士学位期间发表的论文
    攻读博士学位期间参与的科研项目
致谢
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3869057